1 引言

在我國陶瓷行業，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，成為陶瓷類行業最大的耗電設備之一，因此降低球磨機的能耗是上述行業降低成本，提高產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，單位產品功耗較大，啟動電流大，對設備和電網的沖擊很大，機械設備的生產維護量也大。直接工頻控制球磨機的弊病嚴重地阻礙了相關工業企業快速發展。

隨著變頻技術的快速發展及在水泥、陶瓷、冶金企業的大量應用，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，再進行粉碎的關鍵設備，是工業生產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。根據排礦方式不同，可分格子型和溢流型兩種。根據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。

2.2 球磨機工作原理

陶瓷工業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的簡體。筒體內部裝有適當的磨礦介質。磨礦介質在離心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈拋落或泄落狀態落下，并產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地進入簡體內部，被運動的磨礦介質所粉碎，并通過溢流和連續給料的力量將產品排出機外，以進行下一段工序處理。

驅動部分是球磨機的關鍵：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的啟動和調速。陶瓷工業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，對電網沖擊大，而且啟動完成后運轉時所需的轉矩減小，所以在節約能源方面有很大的空間。

2.3 球磨機生產工藝

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況也不同，具體如下圖所示。

1．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。

2．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。

3．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。

1.1 球磨機系統存在的問題

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，對設備和電網的沖擊很大。

3．機械設備的生產維護量也大，而且耗電量相當驚人，這必然會給生產廠家帶來很多不必要的麻煩和嚴重的資源浪費。

所以隨著社會經濟的發展及企業生產規模的擴大，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企業快速發展。這就促使人們去研制啟動平滑、研磨效率較高、產量大、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矩大，一定要用到矢量型變頻器。

3．節能效果一定要和球磨工藝過程相結合，否則達不到節電效果； 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下使電機平穩運行，保障電動機具有恒轉矩特性。

5．利用變頻調速控制系統改造原有球磨機拖動系統，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。

根據以上要求，海浦蒙特研發的HD30矢量控制變頻器完全滿足需求，內置PLC及多段速功能，低頻轉矩大并可自由設置低頻轉矩提升，過載能力強，參數設置簡單，可維護性強。

2.3 改造后的優點

利用變頻調速技術改造后的球磨機拖動系統，滿足了球磨機低速運行、起動轉矩大的特點，實現了球磨機的運行速度連續可調，電機起動時無沖擊電流，保護功能完善，保證了工藝控制質量，節約了維護成本，取得了以下效果：

◆軟啟動：球磨機使用變頻調速后，起動電流可比原先小3-5倍，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；

◆PLC控制模式：采用變頻控制系統，無需機械調速機構即可以按照其內部PLC確定的運行頻率和時間進行自動的轉速變換，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，電機運轉速度減慢，球磨機發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境，有利于環保與保護員工健康。

◆延長壽命：利用變頻器自動電壓調節功能，可在與負載無關的條件下，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。

◆動態節能功能：球磨機經變頻改造后的節能效果一般可達10－20%左右。

◆保護功能完善：保證了工藝控制質量、節約了維護成本、有效避免機械損壞。

3 調試注意事項

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依賴性較強。因此，起動前，需先按電機銘牌參數設置好電機參數，并在電機脫離負載情況下旋轉自整定，以獲取正確的電機參數；

2）滿載起動或點動，調整變頻器參數（一般設置起動方式、轉矩提升、限流等參數即可），不出現過流或過壓失速現象。

4 結束語

實踐證明，變頻器用于陶瓷行業球磨機的節能效果十分明顯，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，變頻器在陶瓷行業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