西门子变频器在陶瓷球磨机上的应用

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言论ＩＯＰＩＮＩＯＮ

工程组态和调试都采用熟悉的工具（ｓｉｚｅｒ和ｓｔａｒｔｅ），确保了快速无误的组态，方便的调试运行。

２球磨机

２．１球磨机的工作原理

目前球磨机普遍采用的驱动方式是：三相交流电动机一液力耦合器一齿轮减速器一皮带轮减速器。在这里，球磨机的料筒作为减速器的皮带轮使用。在球磨机重载启动时，电动机启动电流可达到额定电流的十倍以上。为了缓解启动时的机械冲击，传动环节中加入了液力耦合器。液力耦合器是通过控制工作腔内工作油的动量矩变化来传递电机的驱动能量的。电动机通过液力耦合器的输入轴拖动其主动工作轮旋转，对工作油加速，被加速后的工作油再带动液力耦合器的从动工作涡轮旋转，把驱动能量传递到其输出轴和负载。传动系统中的液力耦合器在启动时起缓冲作用，让电动机可以轻载起动，以减小启动电流，等电动机启动后再慢慢加载，达到顺利启动球磨机的作用，减小启动时的机械冲击。在工作时通过液力耦合器的调速作用，搜索球磨机的最佳工作转速，提高球磨机的效率。由于球磨机属恒转矩负载，在用液力耦合器调速时，其调速效率等于调速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪费掉。

２．２生产工艺

球磨机一般以固定转速运行，１０机电一体化Ｉ２０ｃ．ｆ３７简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

料的运动状况各不相同。

ａ、转速较低时，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，沿斜面滑

下，形成斜坡。当斜坡的倾斜角到达

自然休止角，研磨体在重力等作用下

沿斜坡滚下，形成一种称为泻落式的

状态。在这种状态中，物料主要在研

磨体相对运动时产生的碰击和研磨作

用下被粉碎。

ｂ、当球磨机转速较高时，研磨

体随筒体上升到一定高度后被抛落。

这种状态称为抛落式。在这种状态

中，物料主要在研磨体抛落时的碰击

以及部分研磨作用下被粉碎。是一种

比较好的动作转速。

ｃ、如果简体的转速很高，由于

离心力的作用，以致使物料和钢球不

再脱离筒壁，而随其一同旋转，这时

钢球对物料已无撞击作用，研磨效率

则更低。这种状态的最低转速称为临

界转速。

球磨机的临界转速Ｎｌ为：

Ｎｉ＝４２．３／４Ｄ（ｒ／ｎｌｉＩ＂１）（Ｄ为筒

体内径）

球磨机的最佳工作转速ＮＺ为：

ＮＺ＝０．７６５Ｎｌ（ｒ／ｍｉｒ１）

实际运行表明，最佳工作转速与

钢球的直径及其装载量、护甲形

状，钢球与护甲之间的磨擦系数等

因数有关。一般的最佳工作转速通

常为临界转速的０．７～Ｏ．８，可见转

速还是有一定的可调范围，但调节

范围不大。

２．３负载特点

本案例中Ｇ１２０应用的设备为粉

碎工艺段（图ｌ和图２）的陶瓷球磨

机。球磨机的电气传动方式为，三相

交流鼠笼异步电机一液力偶合器一齿

轮减速器一皮带轮减速器，在这里，

球磨机的料筒作为减速器的皮带轮使

用。球磨机的负载一般具有以下的特

点：

●启动转矩大

●负载变化随料筒内的物料变

化较大

●负载的惯性大，回馈能量较大

●球磨机需要根据应用在一定

范围内进行调速和正反向

３控制系统配置及说明

控制系统的构成：

（１）电机：额定功率：１５ｋＷ；额

定电压：３８０Ｖ；额定电流：３１．４Ａ；

额定转速：９７０ｒ／ｍｉｎ

（２）控制单元：Ｇ１２０Ｃｕ２４０

ＤＰ：６ＳＬ３２４４—０ＢＡ２０一ｌＰＡ０

（３）功率模块：２２ｋＷＰＭ２４０：

图１球磨机的结构Ｉ

●一…………一一一…一一一－一一………．………一………－一ｊ

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下，允许多安装球磨机设备。

４现场安装

图４给出了变频控制柜的现场安

装情况．

变频控制时可用变频＋工频控制

方式。其控制柜主电路由变频器和工Ｉ…………一旦！…堡曼垫箩譬：｝勾！………ｊ频旁路接触器（可选，控制电路由６ＳＬ３２２４一ＯＢＥ３２—２ＵＡＯ工频／变频切换开关、启动、复位控制系统的结构如图３所示：开关、指示灯等构成。采用工频旁

需要注意的是：除了采用变频调速搜索最佳工作转速，提高球磨机的研磨效率所取得的节能效果之外，由于球磨机在设计时，都考虑到保证电动机的最大输出转矩，而实际生产过程中，往往达不到最大输出转矩，电动机处于轻载（不满载）工作状态，其功率因数和效率都较低。这时可通过变频器的节能运行功能，通过降低变频器的输出电压，自动调整与生产实际需要相匹配的输出转矩，达到提高电动机的功率因数和效率而节能的目的。

另外由于变频器一般为“交一直一交”电压源型变频器，中间直流环节有大的滤波电容的存在，可以大大提高变频器输入端的网侧功率因数，降低传输电流，从而降低电能在线路中的传输损耗，不但具有节能效果，而且可以降低供电系统的容量，减少设备投资。或在同样的电网容量路目的是为了在变频器出故障时可直

接切换到工频运行，而不影响生

产，当然终端用户可以自由选择是

否保留工频旁路的设备。

５客户收益

Ｇ１２０变频器应用在陶瓷行业的球

磨机控制上有如下优点：

独特的控制单元与功率模块分离

的冷却风道设计，有效地避免了粉

尘进入变频器，适应了高粉尘应用

的要求。

图４变频控制柜的的现场安装：

Ｌ一一…一一一．一．一一．．＋一一一．一．一．．．．．一．一～一一一～一一一～…一Ｊ

ＯＰＪ！ｉｉ＠ｉＩ言论

全部电路板加涂层，防止了因

为潮湿和粉尘吸水造成的短路现象

极强的过载能力，很好地满足

了过程中负载频繁变化的情况。

与传统的控制方案相比，变频

的解决方案可以提高效率，达到很

好的节能效果。

模块化设计，系统的维护更加简

单。

可以通过变频器方便地设定研磨

时间，加磨时问和自动停机功能，使

操作更加智能化，人性化。

６结语

本文介绍西门子ｓＩＮＡＭＩＣＳＧ１２０

变频器产品在福建晋江七彩陶瓷有限

公司的陶瓷球磨机上的应用。经实际

运行证明，该控制方案的调速精度

高、设备运转平稳，调速方便可

靠，有效解决了特殊粉尘环境下的

高精度变频控制。可以预见，随着

用户对于ＳＩＮＡＭＩＣＳＧ１２０变频器的

使用经验和接受程度的提高，必将带

来更多的成熟应用和效率提高。

【参考文献】

【１】任致程．电动机变频器实用

手册［Ｍ］．北京：中国电力出版社，

２００４．

【２】韩安荣．通用变频器及其

应用（第２版）［Ｍ］．北京：机械工业出

版社，２００４．

【３】张登山肖芳西门子通用

变频器应用实例手册．西门子内部刊

物，２００２．

２００９７

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