JX300系列變頻器球磨機應用二
JX600系列變頻器在球磨機上的應用
一、前言
目前，在水泥、陶瓷、冶金企業里，球磨機被大量使用，是物料粉碎不可缺少的重要生產設備。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，機械設備的維護量也大。直接工控球磨機的弊病嚴重地阻礙了各工業企業快速發展。
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降壓裝置來啟動，對電網沖擊大；而啟動完成后運轉時所需的轉距減小，所以在節約能源方面有很大的空間。
隨著變頻技術的快速發展及在水泥、陶瓷、冶金行業的大量應用，變頻器控制球磨機也成為可能。作為專業生產高性能變頻器的嘉信電氣新開發的JX600系列變頻器，在球磨機上得到了成功的應用。實踐證明，通過一系列的技術和管理措施把球磨機能耗降到低，即節能降耗又保護環境，企業至少可以減少7%～15%的經營成本。
二、球磨機的工作原理
球磨機是由水平的筒體，進出料空心軸及磨頭等部分組成。筒體為長的圓筒，筒內裝有研磨體；筒體為鋼板制造，襯板與筒體固定，研磨體一般為鋼制圓球，并按不同直徑和一定比例裝入筒中，研磨體也可用鋼段。根據研磨物料的粒度加以選擇，物料由球磨機進料端空心軸裝入筒體內，當球磨機筒體轉動時候，研磨體由于慣性和離心力作用，摩擦力的作用，使它帖附近筒體襯板上被筒體帶走，當圓筒繞水平軸線以一定的轉速回轉時，裝在筒內的介質和原料在離心力和摩擦力的作用下，隨著筒體達到一定的高度，當自身的重力大于離心力時，便脫離筒體內壁拋射下落或滾下，由于沖擊力而擊碎礦石。同時在磨機轉動過程中，磨礦介質相互間的滑動轉動對原料也產生研磨作用。磨碎后的物料通過空心軸頸排出。
物料由進料裝置經入料中空軸螺旋均勻地進入磨機倉，該倉內有階梯襯板或波紋襯板，內裝不同規格鋼球，筒體轉動產生離心力將鋼球帶到一定高度后落下，對物料產生重擊和研磨作用。物料在倉達到粗磨后，經單層隔倉板進入第二倉，該倉內鑲有平襯板，內有鋼球，將物料進一步研磨。粉狀物通過卸料箅板排出，完成粉磨作業。
筒體在回轉的過程中，研磨體也有滑落現象，在滑落過程中給物料以研磨作用，為了有效的利用研磨作用，對物料粒度教大的一般二十目磨細時候，把磨體筒體用隔倉板分隔為二段，即成為雙倉。物料進入倉時候被鋼球擊碎，物料進入第二倉時候，鋼端對物料進行研磨，磨細合格的物料從出料端空心軸排出；對進料顆粒小的物料進行磨細時候，如砂二號礦渣，粗粉煤灰，磨機筒體可不設隔板，成為一個單倉筒磨，研磨體積也可之用鋼段。下圖為球磨機裝置示意圖：
三、球磨機的工作特點
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如下圖所示：
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。如圖a。
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。這種狀態的低轉速稱為臨界轉速。如圖c。
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大，研磨效率高，此時的轉速稱為佳工作轉速。如圖b。
四、目前球磨機系統中存在的問題
1、現有球磨機啟動采用星三角啟動或自耦降壓啟動，由于球磨機屬于低速重載設備，裝載量大，起動力矩也很大，因此現有的啟動方式沖擊電流很大（通常為額定電流的7-8倍），對設備和電網的沖擊很大，甚至會影響其他設備的正常運行。
2、球磨機啟動后采用工頻控制，對于不同的物料需要采取不同的研磨速度，工頻控制只有一個速度段，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。
3、機械設備的生產維護量大，耗電量大。現有起動方式起動時所受的沖擊力非常大，所以球磨機軸承和波箱齒輪容易損壞。同樣啟動電流大易造成電氣設備的沖擊大，加速了電機和供電線路的老化。工頻直接驅動電機，功率因素低，有較大的無功電流產生，形成了無功損耗。工頻啟動完成后，球磨機運轉時所需的轉距減小，所以在節約能源方面有很大的空間。
五、球磨機電氣控制對變頻器的要求
1、要求變頻器的低速啟動力矩大。球磨機屬于低速重載設備，在低速時啟動電流大，因此要求變頻器具有恒轉矩功能，即在不同速度段下具有恒定的轉矩，保證球磨機在不同的轉速下具有速度。
2、要求變頻器具有自動設定速度段的功能。球磨機的物料、研磨體和粉磨處于不同階段等工藝條件變化時，所需要的轉速是不同的，所以要求相應的變頻器具有多段速自動運行功能，并能夠設定不同速度段的運行時間，實現各速度段的自動切換。
3、要求變頻器有自動節能的功能，功率因素高。變頻器應能根據不同的負載情況，自動調整輸出電壓，但是頻率不變，因此轉速不變，實現節能運行。
六、JX600系列變頻器針對球磨機的特點
我公司生產的 JX600 系列電流閉環矢量型變頻調速器選用了新的功率模塊和先進的DSP控制，采用優化的電流矢量控制方式，具有精度高、噪音低、轉矩大、性能可靠等特點，適用于三相異步電動機的無級調速。針對上述球磨機現有的情況，該系列變頻器具有以下性能：
1、低速額定轉矩輸出大，帶載能力強，低速時可達到180%的額定轉距輸出。啟動電流平滑，啟動電流可控制在額定電流以內。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。
2、具有自動電壓調整功能，可在與負載無關的條件下，保持電機效率高，并能克服球磨機大慣性引起的回升電壓，有效地保證設備正常運行。
3、具有自動節能運行模式，自動調整變頻器的輸出電壓，節能效果可在10%以上。功率因素較高，可達到95%以上。
4、具有轉矩提升功能及多點V/F曲線調整功能，加減速時間可調。根據現場球磨機運行狀態調整輸出電壓，實現小的沖擊電流及小的回升電壓。
5、具有內置PLC多段速自動運行功能，可以通過變頻器方便地設定研磨時間及研磨速度，加磨時間和自動停機功能，參數設定后研磨時間及研磨速度自動切換，使操作更加智能化、人性化。諸多參數均可在線調整。
6、具有各種完善的保護功能及故障診斷系統，具有過電壓、過電流及失速保護等功能，過載能力強，并且可調。
7、使用方便，安裝簡單。有壁掛式安裝和落地式安裝，其中落地式安裝可直接放置在地面上，不需要任何安裝孔及附屬裝置。柜體表面有啟停按鈕和調速旋鈕，可直接使用；有電壓表和電流表顯示及運行、故障指示，可實時監視現場電壓、電流及球磨機的工作狀態。
因此JX600系列變頻器可滿足在球磨機上的電氣節能及各種生產工藝要求的需要。
七、JX600在球磨機上應用的調試方法及操作流程
因客戶端控制要求的不同，球磨機甩磨分為直接起動甩磨和使用輔機起動甩磨。為了使球磨機變頻器的控制性能得到佳的發揮，使用JX600系列變頻器的轉速追蹤功能，利用慣性迅速啟動達到40Hz，用高頻來進行沖擊甩磨。甩磨結束后可通過切換開關控制變頻器正常起動球磨機，在起動過程中因負載重，針對球磨機負載需要將起動時間在允許情況下可盡量縮短。
安裝及使用環境：一般使用JX600柜式變頻器，為落地式安裝。在符合產品技術規格要求的場所安裝變頻器。主要考慮環境條件為溫度、濕度，可參考JX600系列變頻器說明書。
通電前檢查：確認電源線連接到變頻器的R、S、T上，確認電機線連接到變頻器的U、V、W端子上；變頻器正確可靠的接地。
參數設置：根據電機銘牌正確設置電機組參數；根據現場工況，設置各研磨段的速度及時間；根據球磨機的要求，設置為自由停機、禁止反轉、自動電壓調整、鍵盤鎖定等功能。
帶載運行：使用變頻柜上的點動按鈕，觀察電機的轉向是否正確；使用變頻柜上的啟停旋鈕啟動變頻器，注意觀察啟動電流；在各速度段均運行一段時間，觀察運行電流是否正常，觀察球磨機的運行情況是否正常，一旦發現異常，立即停機。
運行中檢查：觀察電機是否運行平穩，球磨機筒體是否運行平穩，柜體上的電壓表、電流表、指示燈是否正常。若有異常，立即停機檢查。
八、現場應用效果及回報
在寧晉市某鋁粉加工基地，6噸鋁粉研磨球磨機采用JX600變頻器進行改造，電機為90kw-8級防爆型，額定電流為178A，采用JX600系列變頻器。現場原采用自耦降壓啟動，啟動時沖擊電流可到600A以上，運行時電流為160A。采用變頻器后啟動電流大為200A，正常運行時電流為148A，功率因素由80%提高到95%。
現場工作電壓較高，輸入為AC410v，根據功率因數及電機效率，可得原球磨機實際功率為：79kw，按照每天工作18小時，每月工作30天，則每月耗電量為：79kw×18×30天=42660kw.h（度）；在安裝了JX600變頻器后根據功率因數及運行電流可到每月耗電量為：39673kw.h（度），每月可節省電費為：2986×0.8元/度＝2388.8元。若以平均節電率為8%計算，則平均月節電效益為：2730元。而變頻器的使用壽命一般為10～15年，15個月以后即為純回報期，也即年節電收益在3萬元左右。
九、結束語
經過大量的實踐應用后，表明JX600系列變頻器在球磨機上的應用改造是完全可行的。并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，JX600系列大功率變頻器在上述行業有著更加廣闊的應用前景。
備案號：
