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　　摘 要：介紹了矢量變頻器在球磨機中的應用，對其使用現狀以及問(wèn)題給與介紹，同時(shí)對變頻改造方案和應用效果加以介紹，結論說(shuō)明變頻器在球磨機運行中具有良好的經(jīng)濟性和安全性。
　　1. 概述
　　變頻器在陶瓷、發(fā)電、電解鋁、水泥等行業(yè)的應用已非常普遍，生產(chǎn)機械如回轉窯中的主傳動(dòng)、各種風(fēng)機、傳送帶等以往不使用調速或使用電磁調速和其他的調速方式的，都相繼改造為變頻交流調速。改造的目的是方便生產(chǎn)過(guò)程中工藝調速，以提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，同時(shí)實(shí)現自動(dòng)化節能。但是，在變頻調速在粉磨工藝中最主要的設備球磨機上的應用其本還是很少。
　　球磨機一般采用的工頻控制，易造成物料的過(guò)度研磨，且研磨周期較長(cháng)，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大。同時(shí),球磨機一般采用星三角或自耦降壓?jiǎn)?dòng)，啟動(dòng)電流特別大，對設備和電網(wǎng)的沖擊很大，而且電的損耗量相當驚人，這必然會(huì )給生產(chǎn)廠(chǎng)家帶來(lái)很多不必要的麻煩和嚴重的資源浪費，所以隨著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展以及企業(yè)產(chǎn)生規模的擴大，直接工控球機磨的弊病已暴露無(wú)遺，并嚴重地阻礙了各工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。這促使人們去研制啟動(dòng)平滑、研磨效率較高、產(chǎn)量大、能耗低的球磨機――變頻控制球磨機。
　　2. 球磨機的臨界轉速和最佳工作轉速
　　球磨機一般以固定轉速運行，筒體的轉速由皮帶輪或齒輪減速機構或用液力耦合器決定。其轉速直接影響到鋼球和物料的運動(dòng)狀況及物料的磨制過(guò)程。在不同的轉速下，筒體內的鋼球和物料的運動(dòng)狀況如圖1所示。

　　圖1不同轉速下筒體內鋼球和物料的運動(dòng)狀況圖
　　若轉速比較低時(shí)，鋼球和物料隨筒體內壁上升，當鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時(shí)，鋼球沿斜面滑下，如圖1（a），不能形成足夠的落差，鋼球對物料的磨碎作用很小，此時(shí)效率很低。如果筒體的轉速很高，離心力使物料和鋼球不再脫離筒壁，而是隨其一起旋轉，如圖1（C）。產(chǎn)生這種狀態(tài)的最低轉速稱(chēng)為臨界轉速。這時(shí)鋼球沒(méi)有撞擊作用，物料僅受到輕微的研磨，效率也很低。當筒體的轉速處于上述二者之間時(shí)，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線(xiàn)落下，如圖1（b）。此時(shí)鋼球對筒底的物料產(chǎn)生強烈的撞擊作用效率最高，此時(shí)的工作轉速成為最佳工作轉速。球磨機的臨界轉速為[1]：
　　球磨機的臨界轉速為：
　　球磨機的最佳工作轉速為：
　　實(shí)際運行表明，最佳工作轉速與鋼球的直徑及其裝載量、護甲形狀、鋼球與護甲之間的摩擦系數等因素有關(guān)。一般最佳工作轉速通常為，可見(jiàn)轉速還是有一定的可調范圍，只不過(guò)可調范圍不大。實(shí)際上，如上所述的陶瓷廠(chǎng)的球磨機，料筒轉速的變動(dòng)范圍在16r/min~18r/min 之間。電機的轉速是1440r/min，通過(guò)齒輪減速器和皮帶輪減速后的料筒的轉速在上述允許轉速的變動(dòng)范圍內。如果減速機構的配置使料筒的運轉速度正好為18r/min，則有11%的調速范圍；機械減速器不可能做到很精確，料筒的運轉速度就在16r/min~18r/min 之間的某一個(gè)速度值，因此，可調速范圍10-15%。同時(shí)隨著(zhù)球磨機的運轉，最佳轉速會(huì )因料筒內物料和鋼球混合狀態(tài)的變化而產(chǎn)生變化。
　　球磨機消耗的電功率與電機的轉速的一次方成正比，因此，用變頻器在基頻以下調節電機的轉速便可達到可節能的目的，其幅度與調速的范圍有關(guān)。根據不同的情況有不同的調解范圍，采用變頻調速理論上節能的幅度在10-15%之間。
　　3. 變頻改造方案
　　3.1. 根據配置特作如下變頻改造方案：
　　1）配置兩套冗余變頻工頻驅動(dòng)系統；
　　2）設置遠程控制和就地控制兩種方式；
　　3）保留原工頻系統及其聯(lián)動(dòng)方式，且和變頻器系統互為備用。
　　
　　圖2 主控變頻系統示意圖
　　3.2變頻改造電路：
　　變頻改造時(shí)采用變頻和工頻控制方式。其控制柜主電路由四方變頻器和工頻旁路接觸器等構成，控制電路由工頻/變頻切換開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)、復位開(kāi)關(guān)、指示燈等構成。
　?。?）變頻控制柜主電路
　　圖三給出了變頻節能改造的主電路圖。圖中KM1、KM2、KM3為接觸器。在改造時(shí)仍保留原有控制電路中的降壓?jiǎn)?dòng)電路，這樣可方便改造同時(shí)保持原來(lái)的控制特性。采用工頻旁路目的是為了在變頻器出故障時(shí)可直接切換到工頻運行，而不影響生產(chǎn)。
　　
　　圖3 變頻節能改造主電路圖
　?。?）變頻控制柜控制電路
　　圖四為變頻柜的控制電路框圖。圖中，SB為工頻/變頻轉換開(kāi)關(guān)，選用三級開(kāi)關(guān)；SB1為變頻器啟動(dòng)按鈕；SB2為變頻器停止按鈕；K1為復位按鈕；L1為總電源指示燈；L2為工頻運行指示燈；L3變頻運行指示燈；L4為變頻器故障指示燈，其故障信號由變頻器TA、TC輸出；KM1、KM2變頻運行接觸器；KM3為工頻運行接觸器。
　　
　　圖4 為變頻柜的控制電路框圖
　　4. 改造效果
　　 改造后的設備能夠實(shí)現自動(dòng)控制，并能克服球磨機大慣性引起的回升電壓，有效地保證設備正常運行。利用變頻器自動(dòng)電壓調節功能，可在與負載無(wú)關(guān)的條件下，保持電機效率最高，因消除了起動(dòng)時(shí)的沖擊，延長(cháng)了機軸、波箱齒輪、皮帶等機械的使用壽命，減少了維修費用；利用變頻節能調速技術(shù)改造了球磨機的拖動(dòng)系統，滿(mǎn)足了球磨機低速運行、大起動(dòng)轉距的特點(diǎn)，實(shí)現了球磨機的運行速度連續可調；電機起動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊電流，起動(dòng)力矩足夠，保護功能完善，保證了工藝控制質(zhì)量，節約了維護成本。球磨機使用變頻調速后，起動(dòng)電流小于額定電流的1.5倍，實(shí)現了真正的軟起動(dòng)，也收到了節能的效果。由于起動(dòng)電流大大減小，不會(huì )造成對電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降，消除了因球磨機起動(dòng)而引起的其它用電設備跳閘或故障。在同樣的電網(wǎng)容量下，可以增加裝機臺數，可以通過(guò)變頻方便地設定研磨時(shí)間，加磨時(shí)間和自動(dòng)停機功能，使操作更加智能化、人性化。球磨機變頻節能系統的節能效果一般可達10~15%左右。

   5、方案特點(diǎn)及優(yōu)勢
1. 球磨機使用變頻調速后，實(shí)現了系統的軟啟動(dòng)。啟動(dòng)電流大大減小，比之前的工頻控制小3～5倍，消除了啟動(dòng)時(shí)的沖擊，延長(cháng)了機械部件的使用壽命，減少了設備的維護量及維護費用，同時(shí)也降低了對電網(wǎng)及周邊設備的沖擊；
2. 利用變頻矢量調速技術(shù)拖動(dòng)，滿(mǎn)足了球磨機低速運行、大啟動(dòng)轉矩的特點(diǎn)，有效保證系統的控制工藝；
3. 可以通過(guò)變頻器方便地設定研磨時(shí)間，加磨時(shí)間和自動(dòng)停機功能，使操作更加智能化，人性化；
4. 節能效果一般可達8%～10%左右；
5. 系統具有完善的缺相、短路、過(guò)電壓、過(guò)電流等各種保護功能，同時(shí)可加裝市電/節能切換功能，有效保證設備的穩定運行。
　　6. 結束語(yǔ)
　　實(shí)踐證明，矢量變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機的節能改造十分成功，取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著(zhù)用戶(hù)對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高，矢量變頻器在陶瓷行業(yè)有著(zhù)更加廣闊的應用前景。

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