1 引言

球磨機(jī)料筒的轉(zhuǎn)速大多是恒定的，即使變化,變化的范圍也不大。實(shí)際上球磨生產(chǎn)過(guò)程比較簡(jiǎn)單，如某陶瓷廠的球磨機(jī)料筒內(nèi)加料完畢后，在工頻50Hz下運(yùn)轉(zhuǎn)8小時(shí)，料的細(xì)度達(dá)到要求就出料，然后再加料，重復(fù)上述過(guò)程，一般來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)工藝數(shù)據(jù)，對(duì)不同的廠家和球磨的原料不同，工藝參數(shù)也有差別。在球磨機(jī)重載起動(dòng)時(shí)，若傳動(dòng)環(huán)節(jié)中無(wú)液力偶合器，即使使用自耦減壓起動(dòng)器或星—三角啟動(dòng)器，對(duì)電網(wǎng)也會(huì)造成較大的沖擊，并且經(jīng)常出現(xiàn)起動(dòng)失敗。為緩沖起動(dòng)時(shí)的沖擊，傳動(dòng)環(huán)節(jié)中往往加入了液力偶合器，這樣可在任何狀態(tài)下順利起動(dòng)球磨機(jī)。但液力偶合器并不是上佳的方案，變頻啟動(dòng)在球磨機(jī)應(yīng)用中越來(lái)越廣泛，首先是變頻器優(yōu)越的啟動(dòng)力矩性能使得球磨機(jī)的啟動(dòng)變得容易，其次是變頻傳動(dòng)帶來(lái)了能量的節(jié)約。

用交流調(diào)速變頻器驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)電機(jī)，可以在額定電流下順利起動(dòng)球磨電機(jī)，并且，理論上效率可以再提高。球磨機(jī)的電機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，球磨機(jī)在傳動(dòng)環(huán)節(jié)中去掉液力偶合器，用彈性聯(lián)軸器直接連接，就可以節(jié)約3%的能量，這時(shí)料筒的速度會(huì)超過(guò)16r/min，為維持原來(lái)的工藝狀況，電機(jī)應(yīng)減速，變頻器的輸出頻率下降到50x0.95=47.5Hz，由于球磨機(jī)是恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)頻率下降，其電流基本不變或略有下降，但輸出電壓按比例下降，現(xiàn)場(chǎng)有就地補(bǔ)償電容，用變頻器后功率因數(shù)基本不變，因此應(yīng)節(jié)約5%功率。用交流調(diào)速變頻器驅(qū)動(dòng)球磨機(jī)電機(jī)，代替液力耦合器，共計(jì)有8%的節(jié)能。

球磨機(jī)的節(jié)能目前從兩方面考慮，去掉液力偶合器使用變頻器的節(jié)電率為8%，利用變頻器的節(jié)能模式調(diào)節(jié)可有5.5%的節(jié)能，兩項(xiàng)相加共有13.5%的節(jié)能，由此可見(jiàn)，對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行變頻改造還是可以達(dá)到節(jié)能的目的。

有另外一種節(jié)電模式,就是分三種頻率,自動(dòng)每隔時(shí)間自動(dòng)循環(huán)快,中,慢速三種速度,提高磨效,達(dá)到節(jié)電功能! 目前，有人從改變球磨的工藝入手，即加料后的一段時(shí)間，適當(dāng)提高變頻器的輸出頻率，加快球磨的效率，然后再降低輸出頻率，運(yùn)行一段時(shí)間后，繼續(xù)降低輸出頻率。這樣做可以節(jié)省球磨時(shí)間，而且球磨的質(zhì)量可以保證，這是另一種節(jié)能思路，還有待于實(shí)踐檢驗(yàn)。也有采用循環(huán)快慢低三速變化,以幾小時(shí)謂周期循環(huán)運(yùn)行,提高磨效。

2 球磨機(jī)對(duì)變頻技術(shù)的要求

近幾年來(lái)，變頻器在球磨機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用，其中對(duì)變頻器技術(shù)要求如下：

2.1：變頻啟動(dòng)力矩大

球磨機(jī)啟動(dòng)時(shí)刻需要的力矩很大，確保順利啟動(dòng)球磨機(jī)。

2.2：變頻器電流控制穩(wěn)定

優(yōu)化的電流控制策略，di/dt小，減小對(duì)電機(jī)的損傷。

2.3：變頻/工頻平滑切換

球磨機(jī)有一種應(yīng)用工況：變頻器啟動(dòng)球磨電機(jī)運(yùn)行到50Hz后，切換到工頻運(yùn)行。如變頻/工頻直接切換，沖擊電流瞬間可達(dá)到電機(jī)額定電流的10倍以上，對(duì)電機(jī)的損傷很大，如采用變頻/工頻平滑切換功能，沖擊電流約為電機(jī)額定電流的2倍左右，可有效保護(hù)電機(jī)不受到?jīng)_擊損傷或損壞。

2.4：轉(zhuǎn)速跟蹤

無(wú)輔機(jī)球磨機(jī)啟動(dòng)，往往需要變頻器跟隨球磨電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行頻率追蹤啟動(dòng)，要求變頻器具備速度搜索功能，并且要配合球磨的工藝特性啟動(dòng)。

3 深圳微能WIN-V63矢量控制變頻器介紹

WIN-V63系列矢量控制通用變頻器是深圳市微能科技有限公司研制的新一代矢量控制變頻器，低速轉(zhuǎn)矩能力強(qiáng)，控制精度高，超靜音運(yùn)行控制。內(nèi)置過(guò)程PI、簡(jiǎn)易PLC、擺頻運(yùn)行、16段多段速運(yùn)行，靈活的輸入輸出端子，多種頻率給定設(shè)計(jì)等功能模塊，把通用需求和行業(yè)用戶的個(gè)性化需求有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，提供了高集成的一體化解決方案。先進(jìn)的設(shè)計(jì)保證了很高的電網(wǎng)和環(huán)境適應(yīng)能力，可靠性高，先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念使操作變得簡(jiǎn)單方便。

WIN-V63系列變頻器為行業(yè)用戶提供了一個(gè)行業(yè)應(yīng)用平臺(tái)，可以面向不同行業(yè)，不同客戶，配合特殊工藝提供相對(duì)應(yīng)的解決方案。

WIN-V63系列矢量控制變頻器同時(shí)設(shè)計(jì)有優(yōu)化的V/F控制方式和開(kāi)環(huán)矢量控制方式，滿足球磨機(jī)啟動(dòng)力矩特性要求。

WIN-V63系列矢量控制變頻器設(shè)計(jì)有輸入相序和幅值檢測(cè)功能，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)輸入電源的相位和幅值。在變頻/工頻切換過(guò)程中，智能判斷輸出相位和輸入相位的同步，平滑進(jìn)行變頻/工頻切換動(dòng)作。

WIN-V63系列矢量控制變頻器設(shè)計(jì)有殘壓檢測(cè)硬件電路，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的剩磁來(lái)快速準(zhǔn)確追蹤電機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行轉(zhuǎn)速，變頻器以追蹤到的速度直接啟動(dòng)運(yùn)行。

4 WIN-V63矢量控制變頻器在球磨機(jī)上的應(yīng)用

4.1：微能變頻器選型

針對(duì)球磨機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，采用微能科技研發(fā)生產(chǎn)的WIN-V63系列變頻器。球磨機(jī)根據(jù)種類不同，其功率相差也較大，從十幾千瓦到300多千瓦不等，根據(jù)不同的球磨電機(jī)功率，選擇適配的WIN-V63變頻器即可實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制。

過(guò)去在球磨機(jī)行業(yè)，客戶選型變頻器時(shí)，考慮球磨運(yùn)行環(huán)境溫度高和球磨機(jī)負(fù)載慣性大的特點(diǎn)，往往推薦變頻器功率比球磨電機(jī)的功率大一檔或兩檔，以提高變頻器的環(huán)境適應(yīng)能力和帶載能力。這種選型策略對(duì)變頻器的使用壽命較好，但如參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，不利于球磨電機(jī)的保護(hù)。因此當(dāng)選型變頻器功率大于電機(jī)功率時(shí)，請(qǐng)合理設(shè)置電機(jī)過(guò)載保護(hù)系數(shù)及變頻器電流限制等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的合理保護(hù)。

當(dāng)采用變頻器和球磨電機(jī)功率相同的方案時(shí)，可以很好地保護(hù)電機(jī)，但對(duì)變頻器的控制特性及環(huán)境適應(yīng)性提出了更高的要求。

本次應(yīng)用的球磨機(jī)是一臺(tái)立式球磨機(jī)，電機(jī)功率250KW，變頻器選用WIN-V63-250T4，同功率匹配。

球磨機(jī)停機(jī)一般采用自有停車(chē)方式或減速停機(jī)，減速停機(jī)的時(shí)間沒(méi)有要求，因此一般不需要加配制動(dòng)單元和制動(dòng)電阻。

4.2：變頻器配線

變頻器配線如下圖所示：

V63在球磨機(jī)應(yīng)用中主電接線圖

V63在球磨機(jī)應(yīng)用中控制線路接線圖

其中X1和X2設(shè)為多段頻率輸入端子，用來(lái)設(shè)定球磨機(jī)的運(yùn)行速度；X3,X4分別設(shè)定為端子急停輸入、外部故障復(fù)位命令， FWD外接運(yùn)行命令?？删幊汤^電器常作為故障繼電器輸出給操作臺(tái)。

4.3：WIN-V63變頻器調(diào)試

1）根據(jù)電機(jī)銘牌，設(shè)置正確的電機(jī)參數(shù)到V63變頻器的P3組。

卸掉電機(jī)負(fù)載，按變頻器JOG鍵點(diǎn)動(dòng)運(yùn)行，確認(rèn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向后立即停機(jī)，如方向相反，則重新交換U、V和W三相中任意兩相的接線，設(shè)置P3.05=2，按RUN鍵進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自整定，整定結(jié)束后獲得的電機(jī)參數(shù)自動(dòng)存儲(chǔ)到P3.06~P3.11中。

如無(wú)法實(shí)施電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，采用V/F控制也能達(dá)到滿意的控制效果。

4.4：設(shè)置參數(shù)

WIN-V63變頻器主要參數(shù)設(shè)定如下：

4.5：調(diào)試效果

WIN-V63-250T4變頻器控制250KW立式球磨機(jī)（電機(jī)額定電流450A）應(yīng)用實(shí)例，按照上述配線要求進(jìn)行配線，配線完畢后進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行。

此現(xiàn)場(chǎng)的電機(jī)無(wú)法脫開(kāi)機(jī)械負(fù)載，不能進(jìn)行電機(jī)參數(shù)自學(xué)習(xí)，因此采用V/F控制，停機(jī)方式為自由停機(jī)。將電機(jī)額定轉(zhuǎn)速設(shè)置為1500轉(zhuǎn)/分；變頻器和電機(jī)功率1:1匹配、變頻器內(nèi)部有完善的過(guò)流保護(hù)和反時(shí)限過(guò)載保護(hù)，將PF.03過(guò)載預(yù)報(bào)警檢出水平設(shè)置為200%、PF.04過(guò)載預(yù)報(bào)警檢出時(shí)間設(shè)置為60秒、PF.05自動(dòng)限流水平設(shè)置為200%。

啟動(dòng)變頻器運(yùn)行：10Hz以下、變頻器輸出電流100A；直接加速到25Hz、由于磨珠沒(méi)有甩開(kāi)，變頻器輸出電流500A；降頻到20Hz，變頻器輸出電流400A，甩開(kāi)磨珠、加料，甩開(kāi)磨珠、調(diào)高變頻器輸出頻率，動(dòng)態(tài)過(guò)程中變頻器輸出電流維持在360A左右，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)變頻器輸出電流下降到340A、在磨制過(guò)程中隨著漿料粘度降低、變頻器輸出電流逐步減小，最終維持在290A。

對(duì)比試驗(yàn)，電機(jī)如果不用變頻拖動(dòng)，而是直接接電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，電壓比較高（經(jīng)常達(dá)到400多伏)，電機(jī)電流最終維持在310A；使用變頻器后、輸出電壓保持在380V，電機(jī)電流略有降低。

經(jīng)過(guò)運(yùn)行過(guò)程電能測(cè)量，節(jié)電效果明顯。

本次采用變頻器節(jié)能模式運(yùn)行，該應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)已經(jīng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，用戶經(jīng)過(guò)運(yùn)行過(guò)程電能測(cè)量，節(jié)電效果明顯，且應(yīng)用控制效果良好?？蛻粢验_(kāi)始大量采用V63安裝于其它球磨機(jī)設(shè)備。

5 結(jié)語(yǔ)

WIN-V63矢量控制變頻器已經(jīng)成功應(yīng)用在球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)控制領(lǐng)域，其優(yōu)越的性能（帶載能力強(qiáng)，調(diào)速范圍寬，球磨機(jī)特殊工藝控制功能，操作靈活方便，功能保護(hù)全）以及高可靠性得到了充分的驗(yàn)證，完全滿足球磨機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，廣泛應(yīng)用于球磨節(jié)能改造和機(jī)械配套。