1 引言

在我國陶瓷行業(yè)，球磨機被大量使用。球磨機一般功率都較大，工作效率又很低，耗電量大，成為陶瓷類行業(yè)最大的耗電設備之一，因此降低球磨機的能耗是上述行業(yè)降低成本，提高產(chǎn)品競爭力的有效途徑。

球磨機一般采用簡單的工頻控制，易造成物料的過度研磨，所需研磨周期較長，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大，啟動電流大，對設備和電網(wǎng)的沖擊很大，機械設備的生產(chǎn)維護量也大。直接工頻控制球磨機的弊病嚴重地阻礙了相關(guān)工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。

隨著變頻技術(shù)的快速發(fā)展及在水泥、陶瓷、冶金企業(yè)的大量應用，變頻器控制球磨機也成為可能。

2 球磨機介紹

2.1 球磨機簡介

球磨機是物料被破碎之后，再進行粉碎的關(guān)鍵設備，是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用的高細磨機械之一，如管式球磨機，棒式球磨機，水泥球磨機，超細層壓磨機，手球磨機，臥式球磨機，球磨機軸瓦，節(jié)能球磨機，陶瓷球磨機等。球磨機可分為干式和濕式兩種磨礦方式。根據(jù)排礦方式不同，可分格子型和溢流型兩種。根據(jù)筒體形狀可分為短筒球磨機、長筒球磨機、管磨機和圓錐型磨機四種。

球磨機適用于粉磨各種礦石及其它物料，被廣泛用于選礦，建材及化工等行業(yè)。

2.2 球磨機工作原理

陶瓷工業(yè)球磨機主要由傳動裝置、筒體裝置、加料裝置、卸料裝置及電氣控制裝置等組成，分給料部、出料部、回轉(zhuǎn)部、傳動部（減速機、小傳動齒輪、電機、電控）等主要部分。

主體是一個水平裝在兩個大型軸承上的低速回轉(zhuǎn)的簡體。筒體內(nèi)部裝有適當?shù)哪サV介質(zhì)。磨礦介質(zhì)在離心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈拋落或泄落狀態(tài)落下，并產(chǎn)生一定的軸向運動促使物料研磨和混合均勻。被磨制的物料由給料口連續(xù)地進入簡體內(nèi)部，被運動的磨礦介質(zhì)所粉碎，并通過溢流和連續(xù)給料的力量將產(chǎn)品排出機外，以進行下一段工序處理。

驅(qū)動部分是球磨機的關(guān)鍵：球磨機屬于低速重載設備，裝載量大，起動力矩也很大，一般需要加裝液力耦合器來完成傳動系統(tǒng)的啟動和調(diào)速。陶瓷工業(yè)球磨機通常采用附加啟動電機沖擊啟動或軟啟動裝置來啟動，對電網(wǎng)沖擊大，而且啟動完成后運轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)矩減小，所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。

2.3 球磨機生產(chǎn)工藝

球磨機一般以固定轉(zhuǎn)速運行，筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機構(gòu)（也有用液力耦合器）決定的。球磨機的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運動狀況及物料的研磨過程，在不同的轉(zhuǎn)速下，筒體內(nèi)的鋼球和物料的運動狀況也不同，具體如下圖所示。

1．當轉(zhuǎn)速較低時，鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升，當鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時，沿斜面滑下，不能形成足夠的落差，鋼球?qū)ξ锪系难心プ饔煤苄?，球磨機的效率很低。

2．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)，這時鋼球?qū)ξ锪弦褵o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。

3．當筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)速時，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下，對筒底物料的撞擊作用最大，研磨效率最高，此時的轉(zhuǎn)速稱為最佳工作轉(zhuǎn)速。

1.1 球磨機系統(tǒng)存在的問題

1．球磨機一般采用簡單的工頻控制，易造成物料的過渡研磨，所需研磨周期較長，研磨效率較低，單位產(chǎn)品功耗較大。

2．一般采用延時繼電器控制，星三角降壓啟動控制，降低啟動沖擊電流。開機后一直運行在工頻50Hz運行，造成研磨后期能源浪費。球磨機一般采用星三角或自耦降壓啟動，啟動電流特別大，對設備和電網(wǎng)的沖擊很大。

3．機械設備的生產(chǎn)維護量也大，而且耗電量相當驚人，這必然會給生產(chǎn)廠家?guī)砗芏嗖槐匾穆闊┖蛧乐氐馁Y源浪費。

所以隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展及企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大，直接工控球磨機的弊病已暴露無遺，并嚴重地阻礙了各工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。這就促使人們?nèi)パ兄茊悠交?、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 球磨機變頻改造

2.1 改造方案

2.2     球磨機對變頻器要求較高,具體如下:

1．球磨機在運行過程中負荷波動大，要求變頻器過流、過載、限流功能強。

2．球磨機啟動時負荷非常重，要求點動即可將球磨機運行到任何位置，這樣要求變頻器低頻轉(zhuǎn)矩大，一定要用到矢量型變頻器。

3．節(jié)能效果一定要和球磨工藝過程相結(jié)合，否則達不到節(jié)電效果； 因此如何選擇一種性能良好的變頻器，采用可靠、適用的控制方案來進行球磨機的節(jié)能改造，對于減少能源浪費具有重要意義。

4．改造后的設備要有足夠的起動轉(zhuǎn)距，滿足還球磨機裝載量大的要求，并且保證設備在變頻運行狀態(tài)下使電機平穩(wěn)運行，保障電動機具有恒轉(zhuǎn)矩特性。

5．利用變頻調(diào)速控制系統(tǒng)改造原有球磨機拖動系統(tǒng)，滿足球磨機低速時的正常運行，確保正常的工藝控制，使球磨機及電動機的使用壽命延長，減少維護。

根據(jù)以上要求，海浦蒙特研發(fā)的HD30矢量控制變頻器完全滿足需求，內(nèi)置PLC及多段速功能，低頻轉(zhuǎn)矩大并可自由設置低頻轉(zhuǎn)矩提升，過載能力強，參數(shù)設置簡單，可維護性強。

2.3 改造后的優(yōu)點

利用變頻調(diào)速技術(shù)改造后的球磨機拖動系統(tǒng)，滿足了球磨機低速運行、起動轉(zhuǎn)矩大的特點，實現(xiàn)了球磨機的運行速度連續(xù)可調(diào)，電機起動時無沖擊電流，保護功能完善，保證了工藝控制質(zhì)量，節(jié)約了維護成本，取得了以下效果：

◆軟啟動：球磨機使用變頻調(diào)速后，起動電流可比原先小3-5倍，實現(xiàn)了真正的軟起動，也收到了節(jié)能的效果。由于起動電流大大減小，不會造成對電網(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，并可增加裝機臺數(shù)；

◆PLC控制模式：采用變頻控制系統(tǒng)，無需機械調(diào)速機構(gòu)即可以按照其內(nèi)部PLC確定的運行頻率和時間進行自動的轉(zhuǎn)速變換，自動按設定的多段PLC運行，并具有停機記憶功能及清除記憶功能

◆ 降低噪聲：進入后期研磨階段后，電機運轉(zhuǎn)速度減慢，球磨機發(fā)出的噪聲比工頻全速運行時的噪聲大大減少，改善了操作工的工作環(huán)境，有利于環(huán)保與保護員工健康。

◆延長壽命：利用變頻器自動電壓調(diào)節(jié)功能，可在與負載無關(guān)的條件下，保持電機效率最高，因消除了起動時的沖擊，所以延長了機軸、齒輪、皮帶等機械件的使用壽命，減少了維修費用。

◆動態(tài)節(jié)能功能：球磨機經(jīng)變頻改造后的節(jié)能效果一般可達10－20%左右。

◆保護功能完善：保證了工藝控制質(zhì)量、節(jié)約了維護成本、有效避免機械損壞。

3 調(diào)試注意事項

1）由于球磨機屬于重負載設備，需采用電流矢量控制，該控制方式對電機參數(shù)依賴性較強。因此，起動前，需先按電機銘牌參數(shù)設置好電機參數(shù)，并在電機脫離負載情況下旋轉(zhuǎn)自整定，以獲取正確的電機參數(shù)；

2）滿載起動或點動，調(diào)整變頻器參數(shù)（一般設置起動方式、轉(zhuǎn)矩提升、限流等參數(shù)即可），不出現(xiàn)過流或過壓失速現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

實踐證明，變頻器用于陶瓷行業(yè)球磨機的節(jié)能效果十分明顯，取得了良好的經(jīng)濟效益。隨著用戶對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高，變頻器在陶瓷行業(yè)有著更加廣闊的應用前景。

參考文獻：

1．深圳市海浦蒙特科技有限公司  HD30系列矢量控制變頻器用戶手冊