一. 前 言 在我國(guó)陶瓷行業(yè)，球磨機(jī)被大量使用，是物料粉碎的不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備。球磨機(jī)一般功率都較大，工作效率又很低，因而成為陶瓷行業(yè)最大的耗電設(shè)備之一。因此降低球磨機(jī)的能耗是陶瓷行業(yè)降低成本，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的有效途徑。 球磨機(jī)變頻改造的主要要求有以下幾點(diǎn)： 1. 球磨機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載波動(dòng)大，要求變頻器過(guò)流，過(guò)載，限流功能強(qiáng)，能夠滿足球磨機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載波動(dòng)大時(shí)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的要求。 2. 球磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)負(fù)載非常大，一般要求點(diǎn)動(dòng)即能將球磨機(jī)啟動(dòng)，要求變頻器低頻啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須足夠大。 3. 變頻改造時(shí)必須滿足球磨機(jī)的工藝要求。 二. 球磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)工作過(guò)程簡(jiǎn)述： 目前球磨機(jī)普遍采用的驅(qū)動(dòng)方式是：三相交流電動(dòng)機(jī)—液力耦合器—齒輪減速器—皮帶輪減速器。在這里，球磨機(jī)的料筒作為減速器的皮帶輪使用。在球磨機(jī)重載起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流可達(dá)到額定電流的六倍以上。為了緩解起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊，傳動(dòng)環(huán)節(jié)中加入了液力耦合器，液力耦合器是通過(guò)控制工作腔內(nèi)工作油的動(dòng)量矩變化來(lái)傳遞電機(jī)的驅(qū)動(dòng)能量的。電動(dòng)機(jī)通過(guò)液力耦合器的輸入軸拖動(dòng)其主動(dòng)工作輪旋轉(zhuǎn)，對(duì)工作油加速，被加速后的工作油再帶動(dòng)液力耦合器的從動(dòng)工作渦輪旋轉(zhuǎn)，把驅(qū)動(dòng)能量傳遞到其輸出軸和負(fù)載。傳動(dòng)系統(tǒng)中的液力耦合器在起動(dòng)時(shí)起緩沖作用，讓電動(dòng)機(jī)可以輕載起動(dòng)，以減小起動(dòng)電流，等電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后再慢慢加載，達(dá)到順利起動(dòng)球磨機(jī)的作用，減小起動(dòng)時(shí)的機(jī)械沖擊。在工作時(shí)通過(guò)液力耦合器的調(diào)速作用，搜索球磨機(jī)的最佳工作轉(zhuǎn)速，提高球磨機(jī)的效率。由于球磨機(jī)屬恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，在用液力耦合器調(diào)速時(shí)，其調(diào)速效率等于調(diào)速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪費(fèi)掉。 三. 球磨機(jī)的生產(chǎn)工藝： 球磨機(jī)一般以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機(jī)構(gòu)（也有用液力耦合器）決定的。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運(yùn)動(dòng)狀況及物料的研磨過(guò)程，在不同的轉(zhuǎn)速下，筒體內(nèi)的鋼球和物料的運(yùn)動(dòng)狀況如下圖所示： a、 轉(zhuǎn)速較低時(shí)，鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升，當(dāng)鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時(shí)，沿斜面滑下，形成斜坡。當(dāng)斜坡的傾斜角到達(dá)自然休止角，研磨體在重力等作用下沿斜坡滾下，形成一種稱為瀉落式的狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，物料主要在研磨體相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的碰擊和研磨作用下被粉碎。 b、 當(dāng)球磨機(jī)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，研磨體隨筒體上升到一定高度后，被拋落。這種狀態(tài)稱為拋落式。在這種狀態(tài)中，物料主要在研磨體拋落時(shí)的碰擊以及部分研磨作用下被粉碎。是一種比較好的動(dòng)作轉(zhuǎn)速。 c、 如果筒體的轉(zhuǎn)速很高，由于離心力的作用，以致使物料和鋼球不再脫離筒壁，而隨其一同旋轉(zhuǎn)，這時(shí)鋼球?qū)ξ锪弦褵o(wú)撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。 球磨機(jī)的臨界轉(zhuǎn)速Nl為： Ni=42.3/√D（r/min） （D為筒體內(nèi)徑） 球磨機(jī)的最佳工作轉(zhuǎn)速Nz為：Nz=0.765Nl（r/min） 實(shí)際運(yùn)行表明，最佳工作轉(zhuǎn)速與鋼球的直徑及其裝載量、護(hù)甲形狀，鋼球與護(hù)甲之間的磨擦系數(shù)等因數(shù)有關(guān)。一般的最佳工作轉(zhuǎn)速通常為臨界轉(zhuǎn)速的0.7～0.8，可見(jiàn)轉(zhuǎn)速還是有一定的可調(diào)范圍，但調(diào)節(jié)范圍不大。 四. 四方E380系列大功率變頻器的優(yōu)點(diǎn) 1、 四方E380系列變頻器是2007年開(kāi)發(fā)的高集成度變頻器產(chǎn)品，克服國(guó)內(nèi)變頻器部分設(shè)計(jì)缺陷，針對(duì)球磨機(jī)等粉塵較大的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)，E380完全密閉的電氣空間，將故障率降到最低。 2、 針對(duì)球磨機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，輸出轉(zhuǎn)矩大的特點(diǎn)，E380完善了電流平滑功能，對(duì)沖擊電流做出快速反應(yīng)，有效抑制電流對(duì)IGBT模塊的沖擊。 3、 E380系列大功率產(chǎn)品相對(duì)大部分國(guó)內(nèi)變頻器產(chǎn)品，將核心元件IGBT適當(dāng)放大，做到耐沖擊電流能力強(qiáng)，電流失速水平高。 4、 針對(duì)球磨機(jī)行業(yè)對(duì)節(jié)能的要求較高，四方E380系列變頻器自動(dòng)調(diào)整與生產(chǎn)實(shí)際相匹配的輸出轉(zhuǎn)矩，對(duì)較小電壓和電流負(fù)載時(shí)，自調(diào)整降低輸出電壓，最大限度節(jié)能，比普通國(guó)內(nèi)產(chǎn)品高出5%的節(jié)電空間。 五.變頻改造方案 5.1. 根據(jù)配置特作如下變頻改造方案： 1）配置兩套冗余變頻工頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng); 2）設(shè)置遠(yuǎn)程控制和就地控制兩種方式; 3）保留原工頻系統(tǒng)及其聯(lián)動(dòng)方式，且和變頻器系統(tǒng)互為備用。 [align=center] 圖二、主控變頻系統(tǒng)示意圖[/align] 5.2變頻改造電路： 變頻改造時(shí)采用變頻+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(gòu)成，控制電路由工頻/變頻切換開(kāi)關(guān)、啟動(dòng)、復(fù)位開(kāi)關(guān)、指示燈等構(gòu)成。 （1） 變頻控制柜主電路 圖三給出了變頻節(jié)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(yùn)行，而不影響生產(chǎn)。 （2）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(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，選用三級(jí)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(fù)位按鈕;L1為總電源指示燈;L2為工頻運(yùn)行指示燈;L3變頻運(yùn)行指示燈;L4為變頻器故障指示燈，其故障信號(hào)由變頻器TA、TC輸出;KM1、KM2變頻運(yùn)行接觸器;KM3為工頻運(yùn)行接觸器。 [align=center] 圖四、變頻柜控制電路框圖[/align] 六. 應(yīng)用效果 球磨機(jī)安裝變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后，取得了以下效果： a、 因消除了起動(dòng)時(shí)的沖擊，延長(zhǎng)了機(jī)軸、波箱齒輪，皮帶等機(jī)械件的使用壽命，減少了維修費(fèi)用。 b、 球磨機(jī)使用變頻調(diào)速后，起動(dòng)電流可比原先小3-5倍，（如110kW電機(jī)原先的起動(dòng)電流在600A以上，變頻節(jié)能控制系統(tǒng)起動(dòng)電流為180A～200A之間），實(shí)現(xiàn)了真正的軟起動(dòng)，也收到了節(jié)能的效果。由于起動(dòng)電流大大減小，不會(huì)造成對(duì)電網(wǎng)的沖擊和電網(wǎng)電壓的下降，消除了因球磨機(jī)起動(dòng)而引起的其它用電設(shè)備跳閘或故障，在同樣的電網(wǎng)容量下，并可增加裝機(jī)臺(tái)數(shù)。 c、 可以通過(guò)變頻器方便地設(shè)定研磨時(shí)間，加磨時(shí)間和自動(dòng)停機(jī)功能，使操作更加智能化，人性化。 d、 以佛山市南莊某知名陶瓷廠為例，該廠已安裝了20臺(tái)四方公司的大功率變頻器。以其中的一臺(tái)40噸球磨機(jī)為例，電動(dòng)機(jī)功率為110kW，原球磨機(jī)每月用電量為：98kW×18小時(shí)×30天=52920 kWh（度），在安裝了球磨機(jī)專用變頻節(jié)能控制系統(tǒng)后用電量為47525.4 kWh（度）。節(jié)電率達(dá)10%。 七.結(jié)束語(yǔ) 實(shí)踐證明，四方公司生產(chǎn)的E380系列大功率變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機(jī)的節(jié)能改造十分成功，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著用戶對(duì)變頻器的使用經(jīng)驗(yàn)和接受程度的提高，四方大功率變頻器在陶瓷行業(yè)有著更加廣闊的應(yīng)用前景。