1 引言

在我国陶瓷行业，球磨机被大量使用。球磨机一般功率都较大，工作效率又很低，耗电量大，成为陶瓷类行业最大的耗电设备之一，因此降低球磨机的能耗是上述行业降低成本，提高产品竞争力的有效途径。

球磨机一般采用简单的工频控制，易造成物料的过度研磨，所需研磨周期较长，研磨效率较低，单位产品功耗较大，启动电流大，对设备和电网的冲击很大，机械设备的生产维护量也大。直接工频控制球磨机的弊病严重地阻碍了相关工业企业快速发展。

随着变频技术的快速发展及在水泥、陶瓷、冶金企业的大量应用，变频器控制球磨机也成为可能。

2 球磨机介绍

2.1 球磨机简介

球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备，是工业生产中广泛使用的高细磨机械之一，如管式球磨机，棒式球磨机，水泥球磨机，超细层压磨机，手球磨机，卧式球磨机，球磨机轴瓦，节能球磨机，陶瓷球磨机等。球磨机可分为干式和湿式两种磨矿方式。根据排矿方式不同，可分格子型和溢流型两种。根据筒体形状可分为短筒球磨机、长筒球磨机、管磨机和圆锥型磨机四种。

球磨机适用于粉磨各种矿石及其它物料，被广泛用于选矿，建材及化工等行业。

2.2 球磨机工作原理

陶瓷工业球磨机主要由传动装置、筒体装置、加料装置、卸料装置及电气控制装置等组成，分给料部、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。

主体是一个水平装在两个大型轴承上的低速回转的简体。筒体内部装有适当的磨矿介质。磨矿介质在离心力和摩擦力的作用下，被提升到一定的高度，呈抛落或泄落状态落下，并产生一定的轴向运动促使物料研磨和混合均匀。被磨制的物料由给料口连续地进入简体内部，被运动的磨矿介质所粉碎，并通过溢流和连续给料的力量将产品排出机外，以进行下一段工序处理。

驱动部分是球磨机的关键：球磨机属于低速重载设备，装载量大，起动力矩也很大，一般需要加装液力耦合器来完成传动系统的启动和调速。陶瓷工业球磨机通常采用附加启动电机冲击启动或软启动装置来启动，对电网冲击大，而且启动完成后运转时所需的转矩减小，所以在节约能源方面有很大的空间。

2.3 球磨机生产工艺

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也不同，具体如下图所示。

1．当转速较低时，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，不能形成足够的落差，钢球对物料的研磨作用很小，球磨机的效率很低。

2．如果筒体的转速很高，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。

3．当筒体的转速处于上述二者之间的某一转速时，钢球被带到一定的高度后沿抛物线落下，对筒底物料的撞击作用最大，研磨效率最高，此时的转速称为最佳工作转速。

2.4 球磨机系统存在的问题

1．球磨机一般采用简单的工频控制，易造成物料的过渡研磨，所需研磨周期较长，研磨效率较低，单位产品功耗较大。

2．一般采用延时继电器控制，星三角降压启动控制，降低启动冲击电流。开机后一直运行在工频50Hz运行，造成研磨后期能源浪费。球磨机一般采用星三角或自耦降压启动，启动电流特别大，对设备和电网的冲击很大。

3．机械设备的生产维护量也大，而且耗电量相当惊人，这必然会给生产厂家带来很多不必要的麻烦和严重的资源浪费。

所以随着社会经济的发展及企业生产规模的扩大，直接工控球磨机的弊病已暴露无遗，并严重地阻碍了各工业企业快速发展。这就促使人们去研制启动平滑、研磨效率较高、产量大、能耗低的球磨机——变频控制球磨机。

3 球磨机变频改造

3.1 改造方案

    球磨机对变频器要求较高,具体如下:

1．球磨机在运行过程中负荷波动大，要求变频器过流、过载、限流功能强。

2．球磨机启动时负荷非常重，要求点动即可将球磨机运行到任何位置，这样要求变频器低频转矩大，一定要用到矢量型变频器。

3．节能效果一定要和球磨工艺过程相结合，否则达不到节电效果； 因此如何选择一种性能良好的变频器，采用可靠、适用的控制方案来进行球磨机的节能改造，对于减少能源浪费具有重要意义。

4．改造后的设备要有足够的起动转距，满足还球磨机装载量大的要求，并且保证设备在变频运行状态下使电机平稳运行，保障电动机具有恒转矩特性。

5．利用变频调速控制系统改造原有球磨机拖动系统，满足球磨机低速时的正常运行，确保正常的工艺控制，使球磨机及电动机的使用寿命延长，减少维护。

根据以上要求，海浦蒙特研发的HD30矢量控制变频器完全满足需求，内置PLC及多段速功能，低频转矩大并可自由设置低频转矩提升，过载能力强，参数设置简单，可维护性强。

3.2 改造后的优点

利用变频调速技术改造后的球磨机拖动系统，满足了球磨机低速运行、起动转矩大的特点，实现了球磨机的运行速度连续可调，电机起动时无冲击电流，保护功能完善，保证了工艺控制质量，节约了维护成本，取得了以下效果：

◆软启动：球磨机使用变频调速后，起动电流可比原先小3-5倍，实现了真正的软起动，也收到了节能的效果。由于起动电流大大减小，不会造成对电网的冲击和电网电压的下降，消除了因球磨机起动而引起的其它用电设备跳闸或故障，在同样的电网容量下，并可增加装机台数；

◆PLC控制模式：采用变频控制系统，无需机械调速机构即可以按照其内部PLC确定的运行频率和时间进行自动的转速变换，自动按设定的多段PLC运行，并具有停机记忆功能及清除记忆功能

◆ 降低噪声：进入后期研磨阶段后，电机运转速度减慢，球磨机发出的噪声比工频全速运行时的噪声大大减少，改善了操作工的工作环境，有利于环保与保护员工健康。

◆延长寿命：利用变频器自动电压调节功能，可在与负载无关的条件下，保持电机效率最高，因消除了起动时的冲击，所以延长了机轴、齿轮、皮带等机械件的使用寿命，减少了维修费用。

◆动态节能功能：球磨机经变频改造后的节能效果一般可达10－20%左右。

◆保护功能完善：保证了工艺控制质量、节约了维护成本、有效避免机械损坏。

4 调试注意事项

1）由于球磨机属于重负载设备，需采用电流矢量控制，该控制方式对电机参数依赖性较强。因此，起动前，需先按电机铭牌参数设置好电机参数，并在电机脱离负载情况下旋转自整定，以获取正确的电机参数；

2）满载起动或点动，调整变频器参数（一般设置起动方式、转矩提升、限流等参数即可），不出现过流或过压失速现象。

5 结束语

实践证明，变频器用于陶瓷行业球磨机的节能效果十分明显，取得了良好的经济效益。随着用户对变频器的使用经验和接受程度的提高，变频器在陶瓷行业有着更加广阔的应用前景。

参考文献：

1．深圳市海浦蒙特科技有限公司 HD30系列矢量控制变频器用户手册

文章转自《控制与传动》 2013年第五期