变频器在球磨机节能改造中的应用

摘要：本文简要介绍球磨机的构成部分，以及蓝海华腾变频器在球磨机上的节
能改造方案，描述了变频器选型与特性、变频节能效果分析等。

关键词：变频器 球磨机 节能改造

0 引言
球磨机一般采用简单的工频控制，易造成物料的过度研磨，所需研磨周期较长，研磨效率较低，单位产品功耗较大，启动电流大，对设备和电网的冲击很大，机械设备的生产维护量也大，而且电的损耗量相当惊人，这必然会给生产厂家带来很多不必要的麻烦和严重的资源浪费，所以随着社会经济的发展及企业生产规模的扩大，直接工控球磨机的弊病已暴露无遗，并严重地阻碍了各工业企业快速发展。这就促使人们去研制启动平滑、研磨效率较高、产量大、能耗低的球磨机——变频控制球磨机。

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。水泥行业、陶瓷工业球磨机通常采用附加启动电机冲击启动或软启动装置来启动，对电网冲击大，而且启动完成后运转时所需的转距减小，所以在节约能源方面有很大的空间。

1 球磨机简要介绍
1.1 筒体
筒体：圆形筒体由若干块儿厚度为十二到十五毫米的钢板焊接而成。其两端焊接有法兰盘，以便与铸钢的给料端盖排料端盖链接，筒内装有可以更换的衬板，为了使衬板与筒体内壁紧密接触并缓冲钢球对筒体的冲击，在衬板与筒体内被之间敷有胶合板，为便于更换衬板和检查筒体内部状况，在筒体上开有入孔，入孔多为矩形，长度一般为三百五十到五百五十毫米。
1.2 给料部
给料部：由带有中空轴颈的端盖联合给料器，扇形衬板，和轴颈内套，等部件组成，中空轴颈内套可防止给料磨损轴颈内表面，内套的内表面带有螺旋，有助于给料，给料器用螺栓固定在内套的端部，一般使用联合式给料器，其次是鼓式给料器和涡式给料器等等。
1.3 排料部
排料部：由带有中空轴颈的端盖，格子衬板，衬块，中心衬板，和轴颈内套等零件组成，在端盖内壁上铸有八条放射性筋条，相当于隔板，每两根筋条之间有格子衬板，用衬块挤压固定，衬块则由螺钉穿过壁上的筋条固紧在端盖上，自中心部分，利用中心衬板的止口拖住所有格子衬板，中空轴颈的内套在排料格子的一端制成喇叭形叶片，以引导隔板淘起的矿浆顺着叶片流出，整个排料部位和给料部位度一样紧固在筒体法兰盘上。

2 变频改造方案
2.1 系统性能要求
根据原工况存在的问题并结合生产工艺要求，改造后的球磨机系统应满足以
下要求:
①改造后的设备要有足够的起动转距，满足球磨机装载量大的要求，并保证设备在变频运行状态下使电机平稳运行，保障电动机具有恒功率特性；
②利用变频调速控制系统改造原有球磨机拖动系统，满足球磨机低速时的正常运行，确保正常的工艺控制要求，延长球磨机及电动机的使用寿命，减少维护。
③ 具有过电压、过电流及失速保护等多种保护方式，保护功能齐全,操作方便；
④ 在任意加减速时间和任意冲击负载条件下，变频器稳定无跳闸运行，在节能的条件下提高工作效率；
⑤ 实现了软启动功能，峰值电流小，对电网无冲击，完全避免了电气冲击，降低了机械振动，延长了设备的使用寿命；
⑥ 变频器有非常好的限速限流功能，保证电机能平滑无冲击的启动；
⑦ 变频器提供参数拷贝功能，快速设置参数，便于操作和使用
⑧ V5 系列变频器全部采用独立风道设计，充分满足的变频器的散热效果，保证了变频器的内部器件的稳定性。
⑨ 变频器结构精美、高性价比、维护方便、安装简便、人体工程学设计
2.3 变频系统电气图

2.4 变频系统说明
① 利用变频调速技术改造了球磨机的拖动系统，满足了球磨机低速运行、大起动转距的特点，实现了球磨机的运行速度连续可调。电机起动时无冲击电流，起动力距足够，保护功能完善。保证了工艺控制质量、节约了维护成本。
② 改造后的设备能够实现自动控制，以及市电/节电切换功能，并能克服球磨机大惯性引起的回升电压，有效地保证设备正常运行。
③ 利用变频器自动电压调节功能，可在与负载无关的条件下，保持电机效率最高。

3、变频系统节能效果分析
以某陶瓷厂90KW 球磨机加以说明。该球磨机电机90KW，料筒转速为16r/min,
每个工作周期3.75s，电流变化范围80～100A，相当于额定电流的46％～62.5％。
A 节能改造前
负载较高时的功耗：
P10＝90×0.625/0.884＝63.63（KW）
0.884 为62.5％负载时电机的效率。
负载较低时的功耗：
P11＝90×0.46/0.65＝63.69（KW）
0.65 为46％负载时电机的效率。

B 节能改造后
负载较高时的功耗：
P20＝90×0.625/0.886＝63.49（KW）
0.886 为62.5％负载且电压控制时电机的效率。
负载较低时的功耗：
P21＝90×0.46/0.70＝59.14（KW）
0.46 为46％负载负载且电压控制时电机的效率。

C 利用CHE 变频器自动电压调节功能时的年节电率
P=（P20×0.75＋P21×3）/3.75＝60.01（KW）
每年按320 天、每天运行20 小时，每年可节电
（63.49－60.01）×6400＝22272（KW.h）
折算节电率为（63.49－60.01）/63.49＝5.5％
备注：以上参数仅供用户参考，实际数据还要跟据现场工况而定。

D 总节电率
对加装了液力耦合器的球磨机，在去掉液力耦合器，加装蓝海华腾变频器和补偿电容后的节电率为8％，与变频器自动电压调节模式时的节电率相加，变频系统总节电率为13.5％。

4 结束语
在全国上下用电形式严峻的情况下，各企业各单位都应该注重能源节约，采取先进的节能降耗机制，即保护环境又为企业创造经济效益。通过以上分析和实践证明，在节电空间比较小的球磨机上应用蓝海华腾V5 系列变频器，依然可以取得一定的节电效果。

参考文献：
蓝海华腾.V5-H 高性能矢量控制型变频器用户手册.2007 年6 月

作者简介：
刘佳畅，男，主要从事自动化系统与变频调速器的应用与技术研究工作电力电子技术及变频器应用，现供职于深圳市蓝海华腾技术有限公司。
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