變頻器在陶瓷行業球磨機節能改造中的應用

1、前 言

     在我國陶瓷行業，球磨機被大量使用，是物料粉碎的不可缺少的重要生產設備。球磨機一般功率都較大，工作效率又很低，因而成為陶瓷行業最大的耗電設備。對球磨機進行節能改造，對于我國建設節約型社會，減少環境污染具有重大的經濟和社會意義。

2、球磨機的工作原理

     目前球磨機普遍采用的驅動方式是：三相交流電動機—液力耦合器—齒輪減速器—皮帶輪減速器。在這里，球磨機的料筒作為了減速器的皮帶輪使用。在球磨機重載起動時，電動機起動電流可達到額定電流的十倍以上。為了緩解起動時的機械沖擊，傳動環節中加入了液力耦合器，液力耦合器是通過控制工作腔內工作油的動量矩變化來傳遞電機的驅動能量的。電動機通過液力耦合器的輸入軸拖動其主動工作輪旋轉，對工作油加速，被加速后的工作油再帶動液力耦合器的從動工作渦輪旋轉，把驅動能量傳遞到其輸出軸和負載。傳動系統中的液力耦合器在起動時起緩沖作用，讓電動機可以輕載起動，以減小起動電流，等電動機起動后再慢慢加載，達到順利起動球磨機的作用，減小起動時的機械沖擊。在工作時通過液力耦合器的調速作用，搜索球磨機的最佳工作轉速，提高球磨機的效率。由于球磨機屬恒轉矩負載，在用液力耦合器調速時，其調速效率等于調速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪費掉。

3、球磨機的生產工藝

     球磨機一般以固定轉速運行，筒體的轉速是由皮帶輪或齒輪減速機構（也有用液力耦合器）決定的。球磨機的轉速直接影響到鋼球和物料的運動狀況及物料的研磨過程，在不同的轉速下，筒體內的鋼球和物料的運動狀各不相同。       

   （a）當轉速較低時，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，沿斜面滑下，不能形成足夠的落差，鋼球對物料的研磨作用很小，球磨機的效率很低。

   （b）當筒體的轉速處于上述二者之間的某一轉速時，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，此時的轉速稱為最佳工作轉速。

   （c）如果筒體的轉速很高，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，這時鋼球對物料已無撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態的最低轉速稱為臨界轉速。

     實際運行表明，最佳工作轉速與鋼球的直徑及其裝載量、護甲形狀，鋼球與護甲之間的磨擦系數等因數有關。一般的最佳工作轉速通常為臨界轉速的0.7～0.8，可見轉速還是有一定的可調范圍，但調節范圍不大。實際球磨機的轉速與最佳工作轉速的誤差小于10%，所以若球磨機采用變頻調速搜索最佳工作轉速，提高研磨效率的節能效果也在10%以內。

4、球磨機變頻調速節能控制系統的工作原理

     除了采用變頻調速搜索最佳工作轉速，提高球磨機的研磨效率所取得的節能效果之處，由于球磨機在設計時，都考慮到保證電動機的最大輸出轉矩，而實際生產過程中，往往達不到最大輸出轉矩，電動機處于輕載（不滿載）工作狀態，其功率因數和效率都較低。這時可通過變頻器的節能運行功能，通過降低變頻器的輸出電壓，自動調整與生產實際需要相匹配的輸出轉矩，達到提高電動機的功率因數和效率而節能的目的。

    另外由于變頻器一般為“交－直－交”電壓源型變頻器，中間直流環節有大的濾波電容的存在，可以大大提高變頻器輸入端的網側功率因數，降低傳輸電流，從而降低電能在線路中的傳輸損耗，不但具有節能效果，而且可以降低供電系統的容量，減少設備投資。或在同樣的電網容量下，允許多安裝球磨機設備。

5、變頻器的選型

    對變頻器的選型應根據負荷的性質和要求來定。因球磨機的負載特性是恒轉矩類，機械特性強硬，動態特性要求高。所以在選配變頻器容量時，變頻器的額定電流最好為控制電機額定電流的1.2~1.5倍，且電壓等級與控制電機相符。

6、變頻器的安裝環境

     因為陶瓷廠溫度高、粉塵多，因此柜體要設計合理，柜內變頻器周圍應留足夠的空間，保證良好的通風管道，并加裝冷卻風扇以強迫風冷，現場需安裝在通風良好，遠離熱源和塵埃多的地方。

7、應用效果

     球磨機安裝歐能變頻器后，取得了以下效果：

     ①因消除了起動時的沖擊，延長了機軸、波箱齒輪，皮帶等機械件的使用壽命，減少了維修費用。

     ②球磨機使用變頻調速后，起動電流可比原先小5倍以上，（如132kW電機原先的起動電流在1000A以上，變頻節能控制系統起動電流為180A～200A之間），實現了真正的軟起動，也收到了節能的效果。由于起動電流大大減小，不會造成對電網的沖擊和電網電壓的下降，消除了因球磨機起動而引起的其它用電設備跳閘或故障，在同樣的電網容量下，并可增加裝機臺數。

     ③可以通過變頻器方便地設定停機時間，研磨完成后實現自動停機功能，使操作更加智能化，人性化。

8、結束語

     實踐證明，歐能傳動技術有限公司生產的變頻器用于陶瓷行業球磨機的節能驅動是十分成功的，取得了良好的經濟效益。隨著用戶對變頻器的使用經驗和接受程度的提高，歐能變頻器在陶瓷行業有著更加廣闊的應用前景。