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迈凯诺KE300A变频器在陶瓷球磨机上的应用

一、引言

在21世纪的今天，全球能源紧张，节能的呼声越来越高，先进的节能技术逐渐成为社会的一道亮点。在然而在很多节能企业里，特别对陶瓷行业，普遍认为球磨机难以被控制的，因为用电设备消耗多少电，是同其机电特性所决定的，主观的控制无能为力。很显然，此观念是错误的。在全国上下用电形势严峻的情况下，迈凯诺变频器利用先进变频节能技术，在广东佛山新华陶瓷厂实行球磨机节能改造。实践证明，通过一系列的技术和管理措施可以大幅度降低球磨机能耗，即保护环境又为企业创造经济效益，企业至少可以减少5～10%的经营成本。

二、球磨机工作原理

球磨机主要由传动装置、筒体装置、加料装置、卸料装置及电气控制装置等组成，分给料部、出料部、回转部、传动部（减速机、小传动齿轮、电机、电控）等主要部分。其主体是一个水平装在两个大型轴承上的低速回转的简体。球磨机由电动机通过减速机及周边大齿轮减速传动、或由低转速同步电机直接通过周边大齿轮减速传动，驱动回转部回转。筒体内部装有适当的磨矿介质一钢球。磨矿介质在离心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈抛落或泄落状态落下。被磨制的物料由给料口连续地进入简体内部，被运动的磨矿介质所粉碎，并通过溢流和连续给料的力量将产品排出机外，以进行下一段工序处理。

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驱动部分是球磨机的关键：球磨机属于低速重载设备，装载量大，起动力矩也很大，一般需要加装液力耦合器来完成传动系统的启动和调速。球磨机启动对电网冲击大，而且启动完成后运转时所需的转矩减小，所以在节约能源方面有很大的空间。目前普遍采用的驱动方式是三相交流电动机- 液力耦合器- 齿轮减速器-皮带轮减速器。由于球磨机属恒转矩负载，在用液力耦合器调速时，其调速效率等于调速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪费掉。

三、球磨机的生产工艺

球磨机一般以固定转速运行，筒体的转速是由皮带轮或齿轮减速机构（也有用液力耦合器）决定的。球磨机的转速直接影响到钢球和物料的运动状况及物料的研磨过程，在不同的转速下，筒体内的钢球和物料的运动状况如图2所示。

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球磨机工作时状态图

1）当转速较低时，钢球和物料随筒体内壁上升，当钢球和物料的倾角等于或大于自然倾角时，沿斜面滑下，不能形成足够的落差，钢球对物料的研磨作用很小，球磨机的效率很低。

2）如果筒体的转速很高，由于离心力的作用，以致使物料和钢球不再脱离筒壁，而随其一同旋转，这时钢球对物料已无撞击作用，研磨效率则更低。这种状态的低转速称为临界转速。

3）当筒体的转速处于上述二者之间的某一转速时，钢球被带到一定的高度后沿抛物线落下，对筒底物料的撞击作用最大，研磨效率最高，此时的转速称为最佳工作转速。

四、变频器改造优势

变频控制技术是当前电气自动化控制的重要的技术，已经在各行各业的装备控制发挥了重要的作用，对于球磨机应用是发展趋势，而且会成为球磨机工艺控制自动化的重要也是核心的组成部分，球磨机采用变频控制技术将会带来以下革新：

1、网侧功率因数提高：

原电机直接由工频驱动时，轻载时功率因数较低（有补偿的除外），采用变频调速系统后，电源侧的功率因数可提高到0.9以上，无需无功补偿装置就能大大的减少无功功率，满足电网要求，可进一步节约上游设备运行费用。

2、提高球磨机的使用效率，节约电能，降低装备运行成本。

变频调速技术实现了工频无法实现的无级调速，它可对球磨机设备实现工频以下的调速，使转速适应运行工况。球磨机筒体存在一个临界的转速和运行工作转速范围，达到和超过临界转速的表现就是筒体里的钢珠将紧贴筒体内壁一起旋转进而不再破磨物料，而筒内在工作转速范围内表现为物料处理量和效率大幅度提升。所以实际运行筒体的转速将会控制在临界转速以下和尽量工作在合理工作范围内。临界转速跟筒体直径、钢球直径、重量和物料的动态填充率有关。传统的工频控制电机转速一定，在转速不满足临界转速的要求时只能依靠改变刚球的大小和物料填充率来改变临界转速，这将严重的降低机械设备的使用效率和增加生产工时（添换钢珠耗时和单次筒内破磨物料可能达不到满载）。采用变频调速技术后，已经不同的物料填充率将可以随心所欲的改变转速以使球磨机运行在满载的工作转速范围内，操作简单，球磨机的使用效率也将大大提高，在节约运行成本的同时生产任务进程也可得到较大的保证。除此之外，变频调速传动装置的使用也将促使以后机械传动装置的大大简化，机械损耗将进一步降低，节约了宝贵的电能。

3、通过变频自身的V/F功能节电。

　　在保证电机输出力矩的情况下，可自动调节V/F曲线。减少电机的输出力矩，降低输入电流，达到节能状态。

4、可对电机实现软启动，启动时电流不超过电机额定电流的1.2倍，电机使用寿命延长。

在整个运行范围内，启动时电动机电流小，需要消耗的电量比用接触器启动小80%，电机可保证运行平稳。大惯量的球磨机机在传统工频启动时电流冲击和停机时的电瞬变来的损害是不言而喻的，变频调速装置在启动和停机时对电流有着良好的平滑控制，减少了启动电流对电网的冲击，节约了电费，也减少了启动惯性对设备的大惯量的转速冲击，延长了设备的使用寿命。

5、保护功能强大，适应电网电压波动能力强。

变频调速装置一般保护功能全面。可以防止电网突变对电机的损害，在网侧电源故障时有效的保护变频器和电机，在电机负载发生故障时也可以有效的防止故障扩散至电网，可以大限度的保护电机。

6、使用变频调速装置可以提高自动化水平，为工厂实现高度自动化提供了底层解决方案。

在球磨机的实际作业中，往往噪声大，粉尘多，工人的作业强度和环境差，若使用变频调速装置，可以将电气传动设备放置在离球磨机稍远的位置，操作起来更加方便安全，实时数据的监控也可在远离噪声的环境中进行。

五、结束语

在我国陶瓷行业，球磨机被大量使用，是物料粉碎的不可缺少的重要生产设备。实践证明，迈凯诺（Micno）KE300A变频器用于陶瓷行业球磨机的节能驱动项目是成功的，取得了良好的经济效益。对于我国提出的建设节约型社会，减少环境污染具有重大的经济和社会意义。

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