JX600系列變頻器在球磨機(jī)上的應(yīng)用
一、前言
    目前，在水泥、陶瓷、冶金企業(yè)里，球磨機(jī)被大量使用，是物料粉碎不可缺少的重要生產(chǎn)設(shè)備。球磨機(jī)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(chǎn)品功耗較大；啟動電流大，對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大，機(jī)械設(shè)備的維護(hù)量也大。直接工控球磨機(jī)的弊病嚴(yán)重地阻礙了各工業(yè)企業(yè)快速發(fā)展。
    球磨機(jī)屬于低速重載設(shè)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(tǒng)的啟動和調(diào)速。陶瓷工業(yè)球磨機(jī)通常采用附加啟動電機(jī)沖擊啟動或降壓裝置來啟動，對電網(wǎng)沖擊大；而啟動完成后運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)距減小，所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。
    隨著變頻技術(shù)的快速發(fā)展及在水泥、陶瓷、冶金行業(yè)的大量應(yīng)用，變頻器控制球磨機(jī)也成為可能。作為專業(yè)生產(chǎn)高性能變頻器的嘉信電氣新開發(fā)的JX600系列變頻器，在球磨機(jī)上得到了成功的應(yīng)用。實踐證明，通過一系列的技術(shù)和管理措施把球磨機(jī)能耗降到低，即節(jié)能降耗又保護(hù)環(huán)境，企業(yè)至少可以減少7%～15%的經(jīng)營成本。
二、球磨機(jī)的工作原理
球磨機(jī)是由水平的筒體，進(jìn)出料空心軸及磨頭等部分組成。筒體為長的圓筒，筒內(nèi)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(jù)研磨物料的粒度加以選擇，物料由球磨機(jī)進(jìn)料端空心軸裝入筒體內(nèi)，當(dāng)球磨機(jī)筒體轉(zhuǎn)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(dāng)圓筒繞水平軸線以一定的轉(zhuǎn)速回轉(zhuǎn)時，裝在筒內(nèi)的介質(zhì)和原料在離心力和摩擦力的作用下，隨著筒體達(dá)到一定的高度，當(dāng)自身的重力大于離心力時，便脫離筒體內(nèi)壁拋射下落或滾下，由于沖擊力而擊碎礦石。同時在磨機(jī)轉(zhuǎn)動過程中，磨礦介質(zhì)相互間的滑動轉(zhuǎn)動對原料也產(chǎn)生研磨作用。磨碎后的物料通過空心軸頸排出。
 　　物料由進(jìn)料裝置經(jīng)入料中空軸螺旋均勻地進(jìn)入磨機(jī)倉，該倉內(nèi)有階梯襯板或波紋襯板，內(nèi)裝不同規(guī)格鋼球，筒體轉(zhuǎn)動產(chǎn)生離心力將鋼球帶到一定高度后落下，對物料產(chǎn)生重?fù)艉脱心プ饔�。物料在倉達(dá)到粗磨后，經(jīng)單層隔倉板進(jìn)入第二倉，該倉內(nèi)鑲有平襯板，內(nèi)有鋼球，將物料進(jìn)一步研磨。粉狀物通過卸料箅板排出，完成粉磨作業(yè)。
 　　筒體在回轉(zhuǎn)的過程中，研磨體也有滑落現(xiàn)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(xì)時候，把磨體筒體用隔倉板分隔為二段，即成為雙倉。物料進(jìn)入倉時候被鋼球擊碎，物料進(jìn)入第二倉時候，鋼端對物料進(jìn)行研磨，磨細(xì)合格的物料從出料端空心軸排出；對進(jìn)料顆粒小的物料進(jìn)行磨細(xì)時候，如砂二號礦渣，粗粉煤灰，磨機(jī)筒體可不設(shè)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(jī)裝置示意圖：

三、球磨機(jī)的工作特點(diǎn)
球磨機(jī)一般以固定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，筒體的轉(zhuǎn)速是由皮帶輪或齒輪減速機(jī)構(gòu)（也有用液力耦合器）決定的。球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運(yùn)動狀況及物料的研磨過程，在不同的轉(zhuǎn)速下，筒體內(nèi)的鋼球和物料的運(yùn)動狀況如下圖所示：

當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時，鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升，當(dāng)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?qū)ξ锪系难心プ饔煤苄�，球磨機(jī)的效率很低。如圖a。
如果筒體的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，這時鋼球?qū)ξ锪弦褵o撞擊作用，研磨效率則更低。這種狀態(tài)的低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速。如圖c。
當(dāng)筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間的某一轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速稱為佳工作轉(zhuǎn)速。如圖b。
四、目前球磨機(jī)系統(tǒng)中存在的問題
1、現(xiàn)有球磨機(jī)啟動采用星三角啟動或自耦降壓啟動，由于球磨機(jī)屬于低速重載設(shè)備，裝載量大，起動力矩也很大，因此現(xiàn)有的啟動方式?jīng)_擊電流很大（通常為額定電流的7-8倍），對設(shè)備和電網(wǎng)的沖擊很大，甚至?xí)�影響其他設(shè)備的正常運(yùn)行。
2、球磨機(jī)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(chǎn)品功耗較大。
3、機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)維護(hù)量大，耗電量大�，F(xiàn)有起動方式起動時所受的沖擊力非常大，所以球磨機(jī)軸承和波箱齒輪容易損壞。同樣啟動電流大易造成電氣設(shè)備的沖擊大，加速了電機(jī)和供電線路的老化。工頻直接驅(qū)動電機(jī)，功率因素低，有較大的無功電流產(chǎn)生，形成了無功損耗。工頻啟動完成后，球磨機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時所需的轉(zhuǎn)距減小，所以在節(jié)約能源方面有很大的空間。
五、球磨機(jī)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(jī)屬于低速重載設(shè)備，在低速時啟動電流大，因此要求變頻器具有恒轉(zhuǎn)矩功能，即在不同速度段下具有恒定的轉(zhuǎn)矩，保證球磨機(jī)在不同的轉(zhuǎn)速下具有速度。
2、要求變頻器具有自動設(shè)定速度段的功能。球磨機(jī)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(zhuǎn)速是不同的，所以要求相應(yīng)的變頻器具有多段速自動運(yùn)行功能，并能夠設(shè)定不同速度段的運(yùn)行時間，實現(xiàn)各速度段的自動切換。
3、要求變頻器有自動節(jié)能的功能，功率因素高。變頻器應(yīng)能根據(jù)不同的負(fù)載情況，自動調(diào)整輸出電壓，但是頻率不變，因此轉(zhuǎn)速不變，實現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行。
六、JX600系列變頻器針對球磨機(jī)的特點(diǎn)
     我公司生產(chǎn)的 JX600 系列電流閉環(huán)矢量型變頻調(diào)速器選用了新的功率模塊和先進(jìn)的DSP控制，采用優(yōu)化的電流矢量控制方式，具有精度高、噪音低、轉(zhuǎn)矩大、性能可靠等特點(diǎn)，適用于三相異步電動機(jī)的無級調(diào)速。針對上述球磨機(jī)現(xiàn)有的情況，該系列變頻器具有以下性能：
1、低速額定轉(zhuǎn)矩輸出大，帶載能力強(qiáng)，低速時可達(dá)到180%的額定轉(zhuǎn)距輸出。啟動電流平滑，啟動電流可控制在額定電流以內(nèi)。延長了機(jī)軸、齒輪、皮帶等機(jī)械件的使用壽命，減少了維修費(fèi)用。
2、具有自動電壓調(diào)整功能，可在與負(fù)載無關(guān)的條件下，保持電機(jī)效率高，并能克服球磨機(jī)大慣性引起的回升電壓，有效地保證設(shè)備正常運(yùn)行。
3、具有自動節(jié)能運(yùn)行模式，自動調(diào)整變頻器的輸出電壓，節(jié)能效果可在10%以上。功率因素較高，可達(dá)到95%以上。
4、具有轉(zhuǎn)矩提升功能及多點(diǎn)V/F曲線調(diào)整功能，加減速時間可調(diào)。根據(jù)現(xiàn)場球磨機(jī)運(yùn)行狀態(tài)調(diào)整輸出電壓，實現(xiàn)小的沖擊電流及小的回升電壓。
5、具有內(nèi)置PLC多段速自動運(yùn)行功能，可以通過變頻器方便地設(shè)定研磨時間及研磨速度，加磨時間和自動停機(jī)功能，參數(shù)設(shè)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(shù)均可在線調(diào)整。
6、具有各種完善的保護(hù)功能及故障診斷系統(tǒng)，具有過電壓、過電流及失速保護(hù)等功能，過載能力強(qiáng)，并且可調(diào)。
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(diào)速旋鈕，可直接使用；有電壓表和電流表顯示及運(yùn)行、故障指示，可實時監(jiān)視現(xiàn)場電壓、電流及球磨機(jī)的工作狀態(tài)。
因此JX600系列變頻器可滿足在球磨機(jī)上的電氣節(jié)能及各種生產(chǎn)工藝要求的需要。
七、JX600在球磨機(jī)上應(yīng)用的調(diào)試方法及操作流程
      因客戶端控制要求的不同，球磨機(jī)甩磨分為直接起動甩磨和使用輔機(jī)起動甩磨。為了使球磨機(jī)變頻器的控制性能得到佳的發(fā)揮，使用JX600系列變頻器的轉(zhuǎn)速追蹤功能，利用慣性迅速啟動達(dá)到40Hz，用高頻來進(jìn)行沖擊甩磨。甩磨結(jié)束后可通過切換開關(guān)控制變頻器正常起動球磨機(jī)，在起動過程中因負(fù)載重，針對球磨機(jī)負(fù)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(huán)境：一般使用JX600柜式變頻器，為落地式安裝。在符合產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格要求的場所安裝變頻器。主要考慮環(huán)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(rèn)電源線連接到變頻器的R、S、T上，確認(rèn)電機(jī)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(shù)設(shè)置：根據(jù)電機(jī)銘牌正確設(shè)置電機(jī)組參數(shù)；根據(jù)現(xiàn)場工況，設(shè)置各研磨段的速度及時間；根據(jù)球磨機(jī)的要求，設(shè)置為自由停機(jī)、禁止反轉(zhuǎn)、自動電壓調(diào)整、鍵盤鎖定等功能。
帶載運(yùn)行：使用變頻柜上的點(diǎn)動按鈕，觀察電機(jī)的轉(zhuǎn)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(yùn)行一段時間，觀察運(yùn)行電流是否正常，觀察球磨機(jī)的運(yùn)行情況是否正常，一旦發(fā)現(xiàn)異常，立即停機(jī)。
運(yùn)行中檢查：觀察電機(jī)是否運(yùn)行平穩(wěn)，球磨機(jī)筒體是否運(yùn)行平穩(wěn)，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(jī)檢查。
八、現(xiàn)場應(yīng)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(jī)采用JX600變頻器進(jìn)行改造，電機(jī)為90kw-8級防爆型，額定電流為178A，采用JX600系列變頻器�，F(xiàn)場原采用自耦降壓啟動，啟動時沖擊電流可到600A以上，運(yùn)行時電流為160A。采用變頻器后啟動電流大為200A，正常運(yùn)行時電流為148A，功率因素由80%提高到95%。
現(xiàn)場工作電壓較高，輸入為AC410v，根據(jù)功率因數(shù)及電機(jī)效率，可得原球磨機(jī)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(jù)功率因數(shù)及運(yùn)行電流可到每月耗電量為：39673kw.h（度），每月可節(jié)省電費(fèi)為：2986×0.8元/度＝2388.8元。若以平均節(jié)電率為8%計算，則平均月節(jié)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(jié)電收益在3萬元左右。
九、結(jié)束語
    經(jīng)過大量的實踐應(yīng)用后，表明JX600系列變頻器在球磨機(jī)上的應(yīng)用改造是完全可行的。并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著用戶對變頻器的使用經(jīng)驗和接受程度的提高，JX600系列大功率變頻器在上述行業(yè)有著更加廣闊的應(yīng)用前景。