JX600系列变频器在球磨机上的应用
一、前言
    目前，在水泥、陶瓷、冶金企业里，球磨机被大量使用，是物料粉碎不可缺少的重要生产设备。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，机械设备的维护量也大。直接工控球磨机的弊病严重地阻碍了各工业企业快速发展。
    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降压装置来启动，对电网冲击大；而启动完成后运转时所需的转距减小，所以在节约能源方面有很大的空间。
    随着变频技术的快速发展及在水泥、陶瓷、冶金行业的大量应用，变频器控制球磨机也成为可能。作为专业生产高性能变频器的嘉信电气新开发的JX600系列变频器，在球磨机上得到了成功的应用。实践证明，通过一系列的技术和管理措施把球磨机能耗降到低，即节能降耗又保护环境，企业至少可以减少7%～15%的经营成本。
二、球磨机的工作原理
球磨机是由水平的筒体，进出料空心轴及磨头等部分组成。筒体为长的圆筒，筒内装有研磨体；筒体为钢板制造，衬板与筒体固定，研磨体一般为钢制圆球，并按不同直径和一定比例装入筒中，研磨体也可用钢段。根据研磨物料的粒度加以选择，物料由球磨机进料端空心轴装入筒体内，当球磨机筒体转动时候，研磨体由于惯性和离心力作用，摩擦力的作用，使它帖附近筒体衬板上被筒体带走，当圆筒绕水平轴线以一定的转速回转时，装在筒内的介质和原料在离心力和摩擦力的作用下，随着筒体达到一定的高度，当自身的重力大于离心力时，便脱离筒体内壁抛射下落或滚下，由于冲击力而击碎矿石。同时在磨机转动过程中，磨矿介质相互间的滑动转动对原料也产生研磨作用。磨碎后的物料通过空心轴颈排出。
 　　物料由进料装置经入料中空轴螺旋均匀地进入磨机仓，该仓内有阶梯衬板或波纹衬板，内装不同规格钢球，筒体转动产生离心力将钢球带到一定高度后落下，对物料产生重击和研磨作用。物料在仓达到粗磨后，经单层隔仓板进入第二仓，该仓内镶有平衬板，内有钢球，将物料进一步研磨。粉状物通过卸料箅板排出，完成粉磨作业。
 　　筒体在回转的过程中，研磨体也有滑落现象，在滑落过程中给物料以研磨作用，为了有效的利用研磨作用，对物料粒度教大的一般二十目磨细时候，把磨体筒体用隔仓板分隔为二段，即成为双仓。物料进入仓时候被钢球击碎，物料进入第二仓时候，钢端对物料进行研磨，磨细合格的物料从出料端空心轴排出；对进料颗粒小的物料进行磨细时候，如砂二号矿渣，粗粉煤灰，磨机筒体可不设隔板，成为一个单仓筒磨，研磨体积也可之用钢段。下图为球磨机装置示意图：

三、球磨机的工作特点
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：

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。如图a。
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。这种状态的低转速称为临界转速。如图c。
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大，研磨效率高，此时的转速称为佳工作转速。如图b。
四、目前球磨机系统中存在的问题
1、现有球磨机启动采用星三角启动或自耦降压启动，由于球磨机属于低速重载设备，装载量大，起动力矩也很大，因此现有的启动方式冲击电流很大（通常为额定电流的7-8倍），对设备和电网的冲击很大，甚至会影响其他设备的正常运行。
2、球磨机启动后采用工频控制，对于不同的物料需要采取不同的研磨速度，工频控制只有一个速度段，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。
3、机械设备的生产维护量大，耗电量大。现有起动方式起动时所受的冲击力非常大，所以球磨机轴承和波箱齿轮容易损坏。同样启动电流大易造成电气设备的冲击大，加速了电机和供电线路的老化。工频直接驱动电机，功率因素低，有较大的无功电流产生，形成了无功损耗。工频启动完成后，球磨机运转时所需的转距减小，所以在节约能源方面有很大的空间。
五、球磨机电气控制对变频器的要求
1、要求变频器的低速启动力矩大。球磨机属于低速重载设备，在低速时启动电流大，因此要求变频器具有恒转矩功能，即在不同速度段下具有恒定的转矩，保证球磨机在不同的转速下具有速度。
2、要求变频器具有自动设定速度段的功能。球磨机的物料、研磨体和粉磨处于不同阶段等工艺条件变化时，所需要的转速是不同的，所以要求相应的变频器具有多段速自动运行功能，并能够设定不同速度段的运行时间，实现各速度段的自动切换。
3、要求变频器有自动节能的功能，功率因素高。变频器应能根据不同的负载情况，自动调整输出电压，但是频率不变，因此转速不变，实现节能运行。
六、JX600系列变频器针对球磨机的特点
     我公司生产的 JX600 系列电流闭环矢量型变频调速器选用了新的功率模块和先进的DSP控制，采用优化的电流矢量控制方式，具有精度高、噪音低、转矩大、性能可靠等特点，适用于三相异步电动机的无级调速。针对上述球磨机现有的情况，该系列变频器具有以下性能：
1、低速额定转矩输出大，带载能力强，低速时可达到180%的额定转距输出。启动电流平滑，启动电流可控制在额定电流以内。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。
2、具有自动电压调整功能，可在与负载无关的条件下，保持电机效率高，并能克服球磨机大惯性引起的回升电压，有效地保证设备正常运行。
3、具有自动节能运行模式，自动调整变频器的输出电压，节能效果可在10%以上。功率因素较高，可达到95%以上。
4、具有转矩提升功能及多点V/F曲线调整功能，加减速时间可调。根据现场球磨机运行状态调整输出电压，实现小的冲击电流及小的回升电压。
5、具有内置PLC多段速自动运行功能，可以通过变频器方便地设定研磨时间及研磨速度，加磨时间和自动停机功能，参数设定后研磨时间及研磨速度自动切换，使操作更加智能化、人性化。诸多参数均可在线调整。
6、具有各种完善的保护功能及故障诊断系统，具有过电压、过电流及失速保护等功能，过载能力强，并且可调。
7、使用方便，安装简单。有壁挂式安装和落地式安装，其中落地式安装可直接放置在地面上，不需要任何安装孔及附属装置。柜体表面有启停按钮和调速旋钮，可直接使用；有电压表和电流表显示及运行、故障指示，可实时监视现场电压、电流及球磨机的工作状态。
因此JX600系列变频器可满足在球磨机上的电气节能及各种生产工艺要求的需要。
七、JX600在球磨机上应用的调试方法及操作流程
      因客户端控制要求的不同，球磨机甩磨分为直接起动甩磨和使用辅机起动甩磨。为了使球磨机变频器的控制性能得到佳的发挥，使用JX600系列变频器的转速追踪功能，利用惯性迅速启动达到40Hz，用高频来进行冲击甩磨。甩磨结束后可通过切换开关控制变频器正常起动球磨机，在起动过程中因负载重，针对球磨机负载需要将起动时间在允许情况下可尽量缩短。
      安装及使用环境：一般使用JX600柜式变频器，为落地式安装。在符合产品技术规格要求的场所安装变频器。主要考虑环境条件为温度、湿度，可参考JX600系列变频器说明书。
     通电前检查：确认电源线连接到变频器的R、S、T上，确认电机线连接到变频器的U、V、W端子上；变频器正确可靠的接地。
参数设置：根据电机铭牌正确设置电机组参数；根据现场工况，设置各研磨段的速度及时间；根据球磨机的要求，设置为自由停机、禁止反转、自动电压调整、键盘锁定等功能。
带载运行：使用变频柜上的点动按钮，观察电机的转向是否正确；使用变频柜上的启停旋钮启动变频器，注意观察启动电流；在各速度段均运行一段时间，观察运行电流是否正常，观察球磨机的运行情况是否正常，一旦发现异常，立即停机。
运行中检查：观察电机是否运行平稳，球磨机筒体是否运行平稳，柜体上的电压表、电流表、指示灯是否正常。若有异常，立即停机检查。
八、现场应用效果及回报
     在宁晋市某铝粉加工基地，6吨铝粉研磨球磨机采用JX600变频器进行改造，电机为90kw-8级防爆型，额定电流为178A，采用JX600系列变频器。现场原采用自耦降压启动，启动时冲击电流可到600A以上，运行时电流为160A。采用变频器后启动电流大为200A，正常运行时电流为148A，功率因素由80%提高到95%。
现场工作电压较高，输入为AC410v，根据功率因数及电机效率，可得原球磨机实际功率为：79kw，按照每天工作18小时，每月工作30天，则每月耗电量为：79kw×18×30天=42660kw.h（度）；在安装了JX600变频器后根据功率因数及运行电流可到每月耗电量为：39673kw.h（度），每月可节省电费为：2986×0.8元/度＝2388.8元。若以平均节电率为8%计算，则平均月节电效益为：2730元。而变频器的使用寿命一般为10～15年，15个月以后即为纯回报期，也即年节电收益在3万元左右。
九、结束语
    经过大量的实践应用后，表明JX600系列变频器在球磨机上的应用改造是完全可行的。并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，JX600系列大功率变频器在上述行业有着更加广阔的应用前景。