[摘要]：本文介紹了在水泥、陶瓷行業廣泛應用的球磨機使用變頻器的問題，并進行節能相關的分析與計算。結果說明，球磨機使用變頻器仍有一定幅度的節能空間。 [Abstract]: This paper introduces the application of AC drives on ball grinding machines which are widely used in the cement and ceramic industries，conducts analysis and calculations and demonstrates that there is still great energy saving potential using AC drives on ball grinding machines. [關鍵詞]：球磨機，變頻器，液力偶合器，節能運行模式 [Key words]: Ball grinding machine, AC drive, hydraulic coupler, energy-saving mode 一.概述 水泥、陶瓷行業應用變頻器已經非常普遍，生產機械如回轉窯，窯頭、窯尾風機，傳送｀帶等原來用電磁調速或其他的調速方式，都相繼改造為變頻交流調速。改造的目的是使生產過程中工藝調速方便，提高產品的產量、質量，實現自動化，節能等。但是，在球磨機上使用變頻器，其本上還是空白。其原因是，球磨機料筒的轉速是恒定的，即使要變化,變化的范圍也不大，如果考慮使其轉速下降節能，但可能使球磨的時間增長，節能的效果不明顯。實際上球磨生產過程比較簡單，如某陶瓷廠的球磨機電機90kW，料筒內加料16T～18T，在50Hz下運轉8小時，料的細度達到要求就出料，然后再加料，重復上述過程，一般來說，這是一個經驗工藝數據，對不同的廠家和球磨的原料不同，工藝參數也有差別。在某地陶瓷行業，普遍使用的球磨機的電氣傳動方式為，三相交流鼠籠異步電機—液力偶合器—齒輪減速器—皮帶輪減速器，在這里，球磨機的料筒作為了減速器的皮帶輪使用。容量為90KW電機，在球磨機重載起動時，若傳動環節中無液力偶合器，即使使用自耦減壓起動器或星—三角啟動器，對電網也會造成較大的沖擊，并且經常出現起動失敗。為緩沖起動時的沖擊，傳動環節中加入了液力偶合器，這樣可在任何狀態下順利起動球磨機。 二.液力偶合器和變頻調速節能 液力偶合器是通過控制工作腔內工作油液的動量矩變化，來傳遞電動機能量，電動機通過液力偶合器的輸入軸拖動其主動工作輪，對工作油進行加速，被加速的工作油再帶動液力偶合器的從動工作渦輪，把能量傳遞到輸出軸和負載。液力偶合器有調速型和限矩型之分，前者用于電氣傳動的調速，后者用于電機的起動。系統中的液力偶合器在電機起動時起緩沖作用，其效率理論值為95%。變頻器的效率為96%，在傳動環節中去掉液力偶合器，用交流調速變頻器驅動球磨機電機，可以在額定電流下順利起動90kW電機，并且，理論上效率可以提高1%。實際上液力偶合器的效率與液力偶合器腔內注入油量有關，在運轉過程中液力偶合器有一定的溫升，存在密封不嚴有泄漏等因素，其效率一般都小于理論值95%，減少2%～3%是常有的事。 球磨機的電機轉速為1440r/min，經液力偶合器和減速器減速后，料筒的運轉速度為16r/min。球磨機的效率計算的公式為： 式中：nT—為液力偶合器輸出軸的速度， nB—為電機側液力偶合器輸入軸的速度 其效率為0.95，在傳動環節中去掉液力偶合器，用彈性聯軸器直接連接，這時料筒的速度會超過16r/min，為維持原來的工藝狀況，電機應減速，變頻器的輸出頻率下降到50×0.95=47.5Hz，由于球磨機是恒轉矩負載，電機運轉頻率下降，其電流基本不變或略有下降，但輸出電壓按比例下降，由三相電機功率計算式： 現場有就地補償電容，用變頻器后功率因數基本不變，因此應節約5%功率。前兩項相加大約有8%的節能。 三.電機的調壓節電 球磨機起動時的起動電流較大，起動完成后，運行電流為80～110A，對于90kW電機相當于輕載運行，這時電機的效率也較低。應用自動能耗最優控制，即利用變頻器的電壓調節功能，可在與負載無關的條件下，保持電機的效率為最高。 異步電機的損耗有銅耗，基本鐵心損耗，常稱為鐵耗，機械磨擦損耗和雜散損耗。對已定型生產的電動機，機械磨擦損耗在運行過程中為常值；銅耗與電機電流的平方成正比，隨負載的變化而變化；鐵耗近似與電機端電壓的平方成正比；雜散損耗與電機電流的平方成正比，隨負載的變化而變化。對于90kW電機，以上各種損耗占總損耗的百分數分別是銅耗20%～30%，鐵耗20%，機械磨擦損耗40%～50%，雜散損耗15%～20%。對相同的負載，電機端電壓的升高，電流會減小，因此當端電壓升高時，銅耗和雜散損耗減小；而鐵損增加。這樣，電機的端電壓存在有一點，在這點時電機的總損耗為最小，如圖一： 某陶瓷廠90kW球磨機的負載情況如下：球磨機電機90kW，料筒的轉速為16r/min，每個工作周期等于3.75s，電流在80～110A之間變化，相當于額定電流的46%～62.5%，如圖二所示： [align=center] 圖二 球磨機負載圖[/align] 下面進行節能效果分析： 1. 不進行節能控制時： 負載較高時的功耗 0.884為62.5%負載時電機的效率 負載較低時的功耗 0.65為46%負載時電機的效率 一周期平均功率 2.變頻器進行節能調節時： 負載較高時的功耗 0.886為62.5%負載且電壓控制時電機的效率 負載較低時的功耗 0.70為46%負載且電壓控制時電機的效率 一周期平均功率 每年按320天，每天按20小時計算，一年節電 折算為節能率（63.49-60.1）/63.49=0.055=5.5% 從上面的數據可見，用變頻器進行節能調節時，對于兩種負載情況，62.5%負載的效率從0.884提高到0.886，僅為0.002；46%的負載的效率從0.65提高到0.70，也只為0.05，但節電率也有3%。 四.結語 球磨機的節能目前僅從兩方面考慮，去掉液力偶合器使用變頻器的節電率為8%，利用變頻器的節能模式調節可有3%的節能，兩項相加共有11%的節能，由此可見，對球磨機進行變頻改造還是可以達到節能的目的。 目前，有人從改變球磨的工藝入手，即加料后的一段時間，適當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，運行一段時間后，繼續降低輸出頻率。這樣做可以節省球磨時間，而且球磨的質量可以保證，這是另一種節能思路，還有待于實踐檢驗。