◆ 應用行業 ◆

陶瓷行業——球磨機

[高轉矩、轉矩過壓抑制功能]

◆ 涉及產品 ◆

S3100系列變頻器

◆球磨機概述◆

長期以來，陶瓷行業、化工、水泥行業、地質、礦產、冶金等普遍采用球磨機研磨原料，一般都是采用降壓方式啟動，啟動電流大對設備和電網的沖擊很大，同時工頻時易造成物料過度研磨，需研磨周期長，研磨效率低，單位產品功耗較大。這就促使人們去研制啟動平滑，研磨效率高、產量大、能耗低的球磨機工作系統。 

◆礦粉球磨機結構特點◆

礦粉球磨機由給料部、出料部、回轉部、傳動部（減速機，小傳動齒輪，電機，電控）等主要部分組成。中空軸采用鑄鋼件，內襯可拆換，回轉大齒輪采用鑄件滾齒加工，筒體內鑲有耐磨襯板，該礦粉球磨機具有良好的耐磨性。礦粉球磨機運轉平穩，工作可靠。球磨機具有一個水平放置的回轉圓筒，球磨機的筒體用隔倉板分成2~5個室，在各個室內裝有一定形狀和大小的研磨體。研磨體一般為鋼球或鋼段，在棒磨機的粗磨倉研磨體內為鋼棒。 

◆球磨機工作原理◆

當球磨機運轉時，物料與研磨體混合，在離心力和與筒體內壁產生的摩擦力的作用下被帶到一定的高度，在重力的作用下自由下落，落下的研磨體沖擊底部的物料把物料擊碎。在磨機回轉時，研磨體還有滑動和滾動現象，這樣，物料于研磨體之間產生摩擦，將物料磨碎。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：

若轉速比較低時，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，鋼球沿斜面滑下，如圖（a），不能形成足夠的落差，鋼球對物料的磨碎作用很小，這種情況效率很低。如果筒體的轉速很高，由于離心力的作用，以致物料和鋼球不再脫離筒壁，而隨其一起旋轉，如圖（c）。產生這種狀態的最低轉速稱為臨界轉速nLj。臨界轉速下鋼球沒有撞擊作用，物料只受到輕微的研磨，效率也很低。當筒體的轉速處于上述兩者之間時，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下，如圖（b）。此時鋼球對筒底的物料產生強烈的撞擊作用，效率最高。效率最高時的工作轉速稱為最佳工作轉速nZj。
 

  一般最佳工作轉速通常為nZj=（0.74~0.88）nLj

球磨機為恒轉矩負載機械，電機輸出的軸功率Pz為

由式（3）可見，球磨機消耗的電功率與電機的轉速成正比。因此，用變頻器在基頻以下調節電機的轉速可節能，但節能的幅度與調速的范圍有關。 

動態示意圖

◆三碁S3100系列變頻器控制◆

球磨機變頻器控制，在起動初期，由于負載不均衡，在重載一側下落時，筒體拖動電機產生能量回升，導致變頻器直流母線電壓過高，變頻器會出現過電壓報警。針對這種狀況，一般廠家會通過加能量回升裝置，或者采用制動單元加剎車電阻解決過壓問題。三碁S3100系列變頻器采用了“動態轉矩矢量控制”、“制動轉矩過壓抑制”等功能，同時避免了上述兩種常規制動模式下的弊端。

1、“動態轉矩矢量控制”

動態轉矩矢量控制，是通過充分考慮到主電路裝置電壓誤差的電機常量自學習和配置新方式的磁通量觀測器，即使在低速0.5Hz時，可實現高起動轉矩達180%；而當負載較輕時，自動降低輸出轉矩。即依負載特性，自動調節驅動負載所需的轉矩。

2、“制動轉矩過壓抑制”

制動轉矩過壓抑制，是偏心負載再升能量的抑制神器。當再生能量即將產生之前，提前對輸出頻率進行控制以達到抑制再生能量的產生的效果，進而從源頭上解決了過壓源。

采用“動態轉矩矢量控制”、“制動轉矩過壓抑制”功能之前，在起動過程中，隨著負載從高處的不斷下落，直流母線電壓持續上升，最終超過限值而報警停機如下圖：

用“轉矩過壓抑制”功能之前過壓問題

采用“動態轉矩矢量控制”、“制動轉矩過壓抑制”功能之后藍色為直流母線、綠色為輸出電壓、紅色為輸出頻率、黃色為輸出電流?？梢钥闯觯谄饎舆^程中，通過階段性釋放能量的方式，使直流母線電壓緩慢升高，并且在升高后可以快速恢復到正常值。如下圖所示：

用“轉矩過壓抑制”功能之后 

◆變頻應用在球磨機傳動系統上的優點◆

1、極強的過載能力，很好地滿足了球磨調速過程中負載頻繁變化的情況；

2、與液力耦合器調速方式相比，變頻器方案能提高效率，達到很好的節能效果；

3、系統維護更加簡單；

4、變頻器的軟啟動功能，可以降低對電網及用電設備的沖擊。而使用工頻啟動，沖擊電流高達6~8倍；

5、通過優化工藝參數可實現更多節能。

沉淀后的60T球磨機不用搖罐一次性運行起來現場圖