深圳市微能科技有限公司 王國鋒
長沙瑞泓電氣自動化有限公司 賀李
1 引言
球磨機料筒的轉速大多是恒定的，即使變化,變化的范圍也不大。實際上球磨生產過程比較簡單，如某陶瓷廠的球磨機料筒內加料完畢后，在工頻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，傳動環節中往往加入了液力偶合器，這樣可在任何狀態下順利起動球磨機。但液力偶合器并不是上佳的方案，變頻啟動在球磨機應用中越來越廣泛，首先是變頻器優越的啟動力矩性能使得球磨機的啟動變得容易，其次是變頻傳動帶來了能量的節約。
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球磨電機，并且，理論上效率可以再提高。球磨機的電機轉速為1440r/min，球磨機在傳動環節中去掉液力偶合器，用彈性聯軸器直接連接，就可以節約3%的能量，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50x0.95=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，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。用交流調速變頻器驅動球磨機電機，代替液力耦合器，共計有8%的節能。
球磨機的節能目前從兩方面考慮，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5.5%的節能，兩項相加共有13.5%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。
有另外一種節電模式,就是分三種頻率,自動每隔時間自動循環快,中,慢速三種速度,提高磨效,達到節電功能! 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。也有采用循環快慢低三速變化,以幾小時謂周期循環運行,提高磨效。
2 球磨機對變頻技術的要求
近幾年來，變頻器在球磨機上得到了廣泛的應用，其中對變頻器技術要求如下：
2.1：變頻啟動力矩大
球磨機啟動時刻需要的力矩很大，確保順利啟動球磨機。
2.2：變頻器電流控制穩定
優化的電流控制策略，di/dt小，減小對電機的損傷。
2.3：變頻/工頻平滑切換
球磨機有一種應用工況：變頻器啟動球磨電機運行到50Hz后，切換到工頻運行。如變頻/工頻直接切換，沖擊電流瞬間可達到電機額定電流的10倍以上，對電機的損傷很大，如采用變頻/工頻平滑切換功能，沖擊電流約為電機額定電流的2倍左右，可有效保護電機不受到沖擊損傷或損壞。
2.4：轉速跟蹤
無輔機球磨機啟動，往往需要變頻器跟隨球磨電機當前運行頻率追蹤啟動，要求變頻器具備速度搜索功能，并且要配合球磨的工藝特性啟動。
3 深圳微能WIN-V63矢量控制變頻器介紹
WIN-V63系列矢量控制通用變頻器是深圳市微能科技有限公司研制的新一代矢量控制變頻器，低速轉矩能力強，控制精度高，超靜音運行控制。內置過程PI、簡易PLC、擺頻運行、16段多段速運行，靈活的輸入輸出端子，多種頻率給定設計等功能模塊，把通用需求和行業用戶的個性化需求有機地結合起來，提供了高集成的一體化解決方案。先進的設計保證了很高的電網和環境適應能力，可靠性高，先進的設計理念使操作變得簡單方便。
WIN-V63系列變頻器為行業用戶提供了一個行業應用平臺，可以面向不同行業，不同客戶，配合特殊工藝提供相對應的解決方案。
WIN-V63系列矢量控制變頻器同時設計有優化的V/F控制方式和開環矢量控制方式，滿足球磨機啟動力矩特性要求。
WIN-V63系列矢量控制變頻器設計有輸入相序和幅值檢測功能，可以實時檢測輸入電源的相位和幅值。在變頻/工頻切換過程中，智能判斷輸出相位和輸入相位的同步，平滑進行變頻/工頻切換動作。
WIN-V63系列矢量控制變頻器設計有殘壓檢測硬件電路，通過檢測電機的剩磁來快速準確追蹤電機當前的運行轉速，變頻器以追蹤到的速度直接啟動運行。
4 WIN-V63矢量控制變頻器在球磨機上的應用
4.1：微能變頻器選型
針對球磨機的應用特點，采用微能科技研發生產的WIN-V63系列變頻器。球磨機根據種類不同，其功率相差也較大，從十幾千瓦到300多千瓦不等，根據不同的球磨電機功率，選擇適配的WIN-V63變頻器即可實現球磨機的驅動控制。
過去在球磨機行業，客戶選型變頻器時，考慮球磨運行環境溫度高和球磨機負載慣性大的特點，往往推薦變頻器功率比球磨電機的功率大一檔或兩檔，以提高變頻器的環境適應能力和帶載能力。這種選型策略對變頻器的使用壽命較好，但如參數設置不當，不利于球磨電機的保護。因此當選型變頻器功率大于電機功率時，請合理設置電機過載保護系數及變頻器電流限制等參數，實現電機的合理保護。
當采用變頻器和球磨電機功率相同的方案時，可以很好地保護電機，但對變頻器的控制特性及環境適應性提出了更高的要求。
本次應用的球磨機是一臺立式球磨機，電機功率250KW，變頻器選用WIN-V63-250T4，同功率匹配。
球磨機停機一般采用自有停車方式或減速停機，減速停機的時間沒有要求，因此一般不需要加配制動單元和制動電阻。
4.2：變頻器配線
變頻器配線如下圖所示：
V63在球磨機應用中主電接線圖
V63在球磨機應用中控制線路接線圖
其中X1和X2設為多段頻率輸入端子，用來設定球磨機的運行速度；X3,X4分別設定為端子急停輸入、外部故障復位命令， FWD外接運行命令。可編程繼電器常作為故障繼電器輸出給操作臺。
4.3：WIN-V63變頻器調試
1）根據電機銘牌，設置正確的電機參數到V63變頻器的P3組,
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參數名稱 |
電機額定功率 |
電機額定電壓 |
電機額定電流 |
電機額定頻率 |
電機額定轉速 |
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參數號 |
P3.00 |
P3.01 |
P3.02 |
P3.03 |
P3.04 |
卸掉電機負載，按變頻器JOG鍵點動運行，確認電機旋轉方向后立即停機，如方向相反，則重新交換U、V和W三相中任意兩相的接線，設置P3.05=2，按RUN鍵進行電機參數自整定，整定結束后獲得的電機參數自動存儲到P3.06~P3.11中。
如無法實施電機參數自學習，采用V/F控制也能達到滿意的控制效果。
4.4：設置參數
WIN-V63變頻器主要參數設定如下：
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功能參數號 |
說明 |
設定值以及說明 |
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P1.01 |
最大頻率 |
60.00HZ（變頻電機基本頻率為50.00） |
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P1.02 |
上限頻率 |
60.00HZ |
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P1.04 |
頻率給定通道 |
7（端子輸入控制多段速） |
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P1.07 |
命令給定通道 |
1（端子給定） |
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PF.03 |
過載預報警檢出水平 |
200% |
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PF.04 |
過載預報警檢出時間 |
60秒 |
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PF.05 |
自動限流水平 |
200% |
4.5：調試效果
WIN-V63-250T4變頻器控制250KW立式球磨機（電機額定電流450A）應用實例，按照上述配線要求進行配線，配線完畢后進行調試運行。
此現場的電機無法脫開機械負載，不能進行電機參數自學習，因此采用V/F控制，停機方式為自由停機。將電機額定轉速設置為1500轉/分；變頻器和電機功率1:1匹配、變頻器內部有完善的過流保護和反時限過載保護，將PF.03過載預報警檢出水平設置為200%、PF.04過載預報警檢出時間設置為60秒、PF.05自動限流水平設置為200%。
啟動變頻器運行：10Hz以下、變頻器輸出電流100A；直接加速到25Hz、由于磨珠沒有甩開，變頻器輸出電流500A；降頻到20Hz，變頻器輸出電流400A，甩開磨珠、加料，甩開磨珠、調高變頻器輸出頻率，動態過程中變頻器輸出電流維持在360A左右，穩態運行時變頻器輸出電流下降到340A、在磨制過程中隨著漿料粘度降低、變頻器輸出電流逐步減小，最終維持在290A。
對比試驗，電機如果不用變頻拖動，而是直接接電網運行時，電壓比較高（經常達到400多伏)，電機電流最終維持在310A；使用變頻器后、輸出電壓保持在380V，電機電流略有降低。
經過運行過程電能測量，節電效果明顯。
本次采用變頻器節能模式運行，該應用現場已經長期穩定運行，用戶經過運行過程電能測量，節電效果明顯，且應用控制效果良好。客戶已開始大量采用V63安裝于其它球磨機設備。
5 結語
WIN-V63矢量控制變頻器已經成功應用在球磨機驅動控制領域，其優越的性能（帶載能力強，調速范圍寬，球磨機特殊工藝控制功能，操作靈活方便，功能保護全）以及高可靠性得到了充分的驗證，完全滿足球磨機驅動控制，廣泛應用于球磨節能改造和機械配套。