◆ 应用行业 ◆

陶瓷行业——球磨机

[高转矩、转矩过压抑制功能]

◆ 涉及产品 ◆

S3100系列变频器

◆球磨机概述◆

长期以来，陶瓷行业、化工、水泥行业、地质、矿产、冶金等普遍采用球磨机研磨原料，一般都是采用降压方式启动，启动电流大对设备和电网的冲击很大，同时工频时易造成物料过度研磨，需研磨周期长，研磨效率低，单位产品功耗较大。这就促使人们去研制启动平滑，研磨效率高、产量大、能耗低的球磨机工作系统。 

◆矿粉球磨机结构特点◆

矿粉球磨机由给料部、出料部、回转部、传动部（减速机，小传动齿轮，电机，电控）等主要部分组成。中空轴采用铸钢件，内衬可拆换，回转大齿轮采用铸件滚齿加工，筒体内镶有耐磨衬板，该矿粉球磨机具有良好的耐磨性。矿粉球磨机运转平稳，工作可靠。球磨机具有一个水平放置的回转圆筒，球磨机的筒体用隔仓板分成2~5个室，在各个室内装有一定形状和大小的研磨体。研磨体一般为钢球或钢段，在棒磨机的粗磨仓研磨体内为钢棒。 

◆球磨机工作原理◆

当球磨机运转时，物料与研磨体混合，在离心力和与筒体内壁产生的摩擦力的作用下被带到一定的高度，在重力的作用下自由下落，落下的研磨体冲击底部的物料把物料击碎。在磨机回转时，研磨体还有滑动和滚动现象，这样，物料于研磨体之间产生摩擦，将物料磨碎。球磨机一般以固定转速运行，筒体的转速是由皮带轮或齿轮减速机构（也有用液力耦合器）决定的。球磨机的转速直接影响到钢球和物料的运动状况及物料的研磨过程，在不同的转速下，筒体内的钢球和物料的运动状况如下图所示：

若转速比较低时，钢球和物料随筒体内壁上升，当钢球和物料的倾角等于或大于自然倾角时，钢球沿斜面滑下，如图（a），不能形成足够的落差，钢球对物料的磨碎作用很小，这种情况效率很低。如果筒体的转速很高，由于离心力的作用，以致物料和钢球不再脱离筒壁，而随其一起旋转，如图（c）。产生这种状态的最低转速称为临界转速nLj。临界转速下钢球没有撞击作用，物料只受到轻微的研磨，效率也很低。当筒体的转速处于上述两者之间时，钢球被带到一定的高度后沿抛物线落下，如图（b）。此时钢球对筒底的物料产生强烈的撞击作用，效率最高。效率最高时的工作转速称为最佳工作转速nZj。
 

  一般最佳工作转速通常为nZj=（0.74~0.88）nLj

球磨机为恒转矩负载机械，电机输出的轴功率Pz为

由式（3）可见，球磨机消耗的电功率与电机的转速成正比。因此，用变频器在基频以下调节电机的转速可节能，但节能的幅度与调速的范围有关。 

动态示意图

◆三碁S3100系列变频器控制◆

球磨机变频器控制，在起动初期，由于负载不均衡，在重载一侧下落时，筒体拖动电机产生能量回升，导致变频器直流母线电压过高，变频器会出现过电压报警。针对这种状况，一般厂家会通过加能量回升装置，或者采用制动单元加刹车电阻解决过压问题。三碁S3100系列变频器采用了“动态转矩矢量控制”、“制动转矩过压抑制”等功能，同时避免了上述两种常规制动模式下的弊端。

1、“动态转矩矢量控制”

动态转矩矢量控制，是通过充分考虑到主电路装置电压误差的电机常量自学习和配置新方式的磁通量观测器，即使在低速0.5Hz时，可实现高起动转矩达180%；而当负载较轻时，自动降低输出转矩。即依负载特性，自动调节驱动负载所需的转矩。

2、“制动转矩过压抑制”

制动转矩过压抑制，是偏心负载再升能量的抑制神器。当再生能量即将产生之前，提前对输出频率进行控制以达到抑制再生能量的产生的效果，进而从源头上解决了过压源。

采用“动态转矩矢量控制”、“制动转矩过压抑制”功能之前，在起动过程中，随着负载从高处的不断下落，直流母线电压持续上升，最终超过限值而报警停机如下图：

用“转矩过压抑制”功能之前过压问题

采用“动态转矩矢量控制”、“制动转矩过压抑制”功能之后蓝色为直流母线、绿色为输出电压、红色为输出频率、黄色为输出电流。可以看出，在起动过程中，通过阶段性释放能量的方式，使直流母线电压缓慢升高，并且在升高后可以快速恢复到正常值。如下图所示：

用“转矩过压抑制”功能之后 

◆变频应用在球磨机传动系统上的优点◆

1、极强的过载能力，很好地满足了球磨调速过程中负载频繁变化的情况；

2、与液力耦合器调速方式相比，变频器方案能提高效率，达到很好的节能效果；

3、系统维护更加简单；

4、变频器的软启动功能，可以降低对电网及用电设备的冲击。而使用工频启动，冲击电流高达6~8倍；

5、通过优化工艺参数可实现更多节能。

沉淀后的60T球磨机不用摇罐一次性运行起来现场图