一,、概述

水泥、發(fā)電,、電解鋁,、陶瓷等行業(yè)應(yīng)用變頻器已經(jīng)非常普遍，生產(chǎn)機械如回轉(zhuǎn)窯窯中主傳動,，各種風(fēng)機,，傳送帶等原來不調(diào)速或用電磁調(diào)速和其他的調(diào)速方式，都相繼改造為變頻交流調(diào)速,。
改造的目的是使生產(chǎn)過程中工藝調(diào)速方便,，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量,，實現(xiàn)自化,，節(jié)能等。但是,，在粉磨工藝中最主要的設(shè)備就是球磨機,，采用變頻調(diào)速傳動，其本上還是空白,。
其原因是,，球磨機工作時料筒的轉(zhuǎn)速是恒定的，即使要變化,，變化的范圍也大,，如果考慮使其轉(zhuǎn)速下降節(jié)能，但可能使球磨的時間增長,，是否有節(jié)能的效果很難說,。實際上球磨生產(chǎn)過程比較簡單,，如陶瓷廠的球磨機，料筒內(nèi)加料16T～18T,，在工作轉(zhuǎn)速16r/min～18rmin下運轉(zhuǎn)8小時,，料的細度就達到工藝要求，出料后然后再加料,，重復(fù)上述過程,。
一般來說，對不同的廠家和球磨的原料不同,，球磨機的性能參數(shù)也有一定的差別,，如發(fā)電廠磨煤使用的MTZ3570球磨機，料筒有效內(nèi)徑3500mm,，筒體長度7000mm,，工作轉(zhuǎn)速17.3r/min，電機功率1120kW（6kV）,。
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，或三相交流鼠籠異步電機—齒輪減速器—皮帶輪減速器,，一般球磨機的料筒作為了減速器的皮帶輪使用。
球磨機重載起動時,，若傳動環(huán)節(jié)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(wǎng)也會造成較大的沖擊,，并且經(jīng)常出現(xiàn)起動困難,。為緩沖起動時的沖擊，傳動環(huán)節(jié)中加入了液力偶合器,，這樣可在任何狀態(tài)下順利起動球磨機,。

二、球磨機的臨界轉(zhuǎn)速和最佳工作轉(zhuǎn)速

球磨機的轉(zhuǎn)速直接影響到鋼球和物料的運動狀況及物料的磨制過程,。若轉(zhuǎn)速比較低時,，鋼球和物料隨筒體內(nèi)壁上升，當鋼球和物料的傾角等于或大于自然傾角時,，鋼球沿斜面滑下不能形成足夠的落差,，鋼球?qū)ξ锪系哪ニ樽饔煤苄。@種情況效率很低,。如果筒體的轉(zhuǎn)速很高,，由于離心力的作用，以致物料和鋼球不再脫離筒壁,，而隨其一同旋轉(zhuǎn),，產(chǎn)生這種狀態(tài)的最低轉(zhuǎn)速稱為臨界轉(zhuǎn)速nlj,。這時鋼球沒有撞擊作用，物料只受到輕微的研磨,，效率也很低,。當筒體的轉(zhuǎn)速處于上述二者之間時，鋼球被帶到一定的高度后沿拋物線落下,，此時鋼球?qū)ν驳椎奈锪袭a(chǎn)生強烈的撞擊作用,，效率最高。效率最高時的工作轉(zhuǎn)速成為最佳工作轉(zhuǎn)速nzj,。
定的可調(diào)范圍,，只不過可調(diào)范圍不大。實際上,，如上所述的陶瓷廠的球磨機,，料筒轉(zhuǎn)速的變動范圍在16r/min～18r/min之間。電機的轉(zhuǎn)速是 1440r/min,，通過齒輪減速器和皮帶輪減速后的料筒的轉(zhuǎn)速在上述允許轉(zhuǎn)速的變動范圍內(nèi),。如果減速機構(gòu)的配置使料筒的運轉(zhuǎn)速度正好為18r/min，則有11%的調(diào)速范圍,；如果減速機構(gòu)的配置使料筒的運轉(zhuǎn)速度為16r/min,，則調(diào)速范圍為零。機械減速器不可能做到很精確,，料筒的運轉(zhuǎn)速度就在16r /min～18r/min之間的某一個速度值,，因此，可調(diào)速范圍0～11%,。球磨機為恒轉(zhuǎn)矩負載機械,，電機輸出的軸功率PZ，球磨機消耗的電功率與電機的轉(zhuǎn)速的一次方成正比,，因此,，用變頻器在基頻以下調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速可節(jié)能，節(jié)能的幅度與調(diào)速的范圍有關(guān),。根據(jù)不同的情況有不同的調(diào)解范圍,，采用變頻調(diào)速理論上節(jié)能的幅度在0～11%之間。

三,、電動機的效率

某球磨機的電機為90kW,，正常運行時電機電流為80～110A，負載率62%,。由于負載率不高,，電機的效率也要降低。正常運行時,，電機的功率不會超過55kW,，考慮到球磨機是重載起動,，為保證順利起動適當加大電機的容量是必要的。從表面上看,，似乎有較大的節(jié)能空間,。實際上，為不影響球磨機的生產(chǎn)效率,，如采用變頻調(diào)速時,，變頻器的輸出頻率仍然是50Hz，即使需要調(diào)速時,，也不可能大范圍的調(diào)節(jié),，頻率小范圍的降低，節(jié)約能量有限?，F(xiàn)在的變頻器一般都有“節(jié)能運行”功能,，如森蘭BT40S系列變頻器的參數(shù)F82為自動節(jié)能運行。變頻器的“節(jié)能運行”,，實質(zhì)上是調(diào)壓節(jié)電功能,。變頻器運行頻率不變的條件下自動調(diào)節(jié)其輸出電壓，使電動機的效率提高,。究竟能提高多少效率,？因此有必要分析電動機的效率。

電機的效率
中小型異步電動機的效率和功率因數(shù)都是負載率的函數(shù),，效率表示電機運行時有功功率的利用率,，為輸出功率與輸入功率之比。對于一定的負載,，當電機的輸出功率為一定時，電機的效率與總損有關(guān),，總損耗大,，則效率低；反之效率高,。電機總損耗有兩部分組成：即固定損耗和可變損耗,，固定損耗不隨電機的負載而變，可用電機的空載輸入功率近似表示,，可變損耗與電機負載率的平方成正比,。

四、電動機的調(diào)壓節(jié)電

如上所述,，處于輕載的電動機可用調(diào)節(jié)供電電壓的方式提高效率,，由GB12497《三相異步電動機經(jīng)濟運行》強制性國家標準實施監(jiān)督指南中的計算公式.

由此可見，球磨機變頻節(jié)能運行節(jié)約的電能有限,，這是因為電動機的效率本身已經(jīng)很高,，額定效率93.5.5%,，調(diào)節(jié)電壓只能降低銅損，鐵損和雜散損耗,，僅僅是降低而已,，而且占總損耗比例較大的機械摩擦損耗 基本上不變, 因此電機效率提高很有限，如本例節(jié)約有功功率0.27（kW）,，節(jié)電率極低,。但是，加裝變頻器后,，變頻器的效率也不是100%,，這樣不但不節(jié)能反而耗能。對于變頻改造后還是要求50Hz運轉(zhuǎn)的設(shè)備,，不論是恒轉(zhuǎn)矩特性的負載,，還是風(fēng)機、水泵平方轉(zhuǎn)矩特性的負載,，僅從節(jié)能考慮沒有意義,。改造的目的應(yīng)該是提高設(shè)備的性能和提升設(shè)備的自動化水平，這樣不僅使的生產(chǎn)率提高,，而且產(chǎn)品質(zhì)量也能得到保障,。這樣的工況在實際生產(chǎn)中比比皆是，如水泥廠和瓷磚廠的球磨機,，料筒的轉(zhuǎn)速由計算或?qū)嶒灁?shù)據(jù)確定,，一般為16r/min～18r/min，轉(zhuǎn)速偏離都會不同程度影響球磨機效率,，因此這類機械設(shè)備即使裝上變頻器,，運轉(zhuǎn)速度如果和原來的速度相同就沒有節(jié)能。紡織行業(yè)的細紗機也是如此,，細紗機的傳動電機 15kW,，工作電流15A左右。為保證工作效率,，變頻調(diào)速后仍然要求有相同的轉(zhuǎn)速,，變頻器在50Hz頻率“節(jié)能運行”不會有多少電能節(jié)省，變頻調(diào)速改造的目的,，應(yīng)是為了提高自動化水平,，便于組網(wǎng)控制，原材料或工藝變更后方便調(diào)速控制等,。

五,、液力偶合器和變頻調(diào)速節(jié)能

液力偶合器是通過控制工作腔內(nèi)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(diào)速型和限矩型之分,，前者用于電氣傳動的調(diào)速，后者用于電機的起動,。系統(tǒng)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%,，也就是說,，在傳動環(huán)節(jié)中去掉液力偶合器，用交流調(diào)速變頻器驅(qū)動球磨機電機,，可以在額定電流或略高于額定電流下順利起動球磨機,，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(nèi)注入油量有關(guān),，在運轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速為1440r/min,，經(jīng)液力偶合器和減速器減速后,，料筒的運轉(zhuǎn)速度為16r/min。

現(xiàn)場有就地補償電容,，電機的功率因數(shù)比較高,，用變頻器后去掉就地補償電容，由于變頻器本身的功率因數(shù)較高,，因此,，系統(tǒng)的功率因數(shù)變化不大。這樣,，節(jié)電率應(yīng)在5%左右，加上前面的1%,，共有6%的節(jié)能,。

六、結(jié)語：

球磨機的節(jié)能目前從上述三方面考慮,，根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)工作轉(zhuǎn)速,，理論上有0～11%的節(jié)能；利用變頻器的節(jié)能模式調(diào)節(jié)有較少的節(jié)能；在傳動環(huán)節(jié)中使用液力偶合器,，去掉液力偶合器使用變頻器的節(jié)電率為6%,，由此可見，采用綜合性的節(jié)能措施,，對球磨機進行變頻改造還是可以達到一定節(jié)能的目的,。

參考文獻：（1）GB12497《三相異步電動機經(jīng)濟運行》強制性國家標準實施監(jiān)督指南