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球磨机变频节能改造方案(2009[1].10)


SINE303球磨机变频节能控制系统设计、调试指南 球磨机变频节能控制系统设计、 球磨机变频节能控制系统设计
一、概述
对于陶瓷生产厂家来说, 电耗是其生产成本的重要部分, 而原料车间或釉料车间球磨机 是陶瓷厂主要能耗设备之一, 因此降低球磨机的能耗成为陶瓷行业降低成本、 提高产品竞争 力的有效途径。 球磨机对物料的粉碎作用主要是研磨体对物料的碰击与研磨, 用

间歇式球磨机粉磨物料 时,在开始不久粗颗粒的含量迅速减少,物料粉磨的速度很快,随着粉磨过程的进行,粉磨 速度逐渐减慢下来,以后则愈来愈慢。产生这种现象的原因是颗粒愈细,颗粒上的微裂纹等 缺陷愈少,不易形成应力集中,颗粒愈难粉碎。如何选择一套理想的球磨工艺,是提高球磨 效率,减少球磨能耗的关键所在。 研磨体在球磨机中的运动状态基本上可以分为: 泻落式运动状态, 抛落式运动状态和离 心式运动状态,实验证明,在离心式运动中,研磨体不再对物料产生碰击和研磨作用,而研 磨体泻落式运动和抛落式运动所产生的研磨效果随着粉磨的过程, 其对物料的粉碎作用也不 一样, 根据球磨工艺, 合理控制球磨机的转速来控制研磨体的运动状态是球磨机节能改造获 得成功的有效途径。 目前大多数的陶瓷厂除了在风机上进行了节能改造外, 绝大多数厂家在球磨机的节能改 造上没有任何进展,这其中的主要原因有以下几点: 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。

二、球磨机机节能改造的注意事项 球磨机机节能改造的注意事项
1、将球磨工艺技术与变频器技术完美结合 、 球磨工艺技术与变频器技术完美结合
派遣球磨工艺技术人员、 变频器技术的工程师, 前往现场详细了解球磨机的工况及控制 系统的实现过程。尽量不改变球磨机原有的控制系统,做到随时可进行工、变频转换,将球 磨机控制技术与变频器技术完美结合,是陶瓷厂球磨机变频器节能改造成功的前提。

2、关于变频器的选型 、
对变频器的选型应根据负荷的性质和要求来定。因球磨机的负载性质是恒转矩类,机 械特性较硬,动态特性要求较高,所以应选用高性能矢量型变频器。普通 V/F 型变频器在 低速时虽然具有转矩提升功能, 但提升不足, 电机转矩可能无法满足起动或低速稳速运行的 需要,如果提升过大,又可能使因磁路饱和而过流。

3、电机、变频器容量的选择 、电机、
在选配电机、变频器容量前,应实测一下球磨机在各个工序过程中最大的输出力矩,作 为选择电机容量的依据。 变频器的额定电流最好为控制电机额定电流的 1.2~1.5 倍, 且电压 等级与控制电机相符。

4、变频器的安装环境 、
因为陶瓷厂温度高,粉尘多,因此柜体要设计合理,柜内变频器周围应留足够的空间, 保证良好的通风管道,并加装冷却风扇以强迫风冷,变频器最好选用散热器柜外安装方式。 现场需安装在通风良好,远离热源和尘埃多的地方。

5、改造后的特性
? 节电率可达 16%左右。 ? 减少冲击,延长球磨机轴和齿轮波箱的使用寿命。 ? 减少对电网的冲击,减少电网装机容量。 ? 平滑软起动,对电机具有过压、过流、缺相等多种保护,延长使用寿命 。

节电计算实例:陶瓷生产用 14 吨球磨机,电机 55kw 市电工频运行时,球磨时间 13.5 小时,耗电 370 度 用正弦变频器进行节能改造后,球磨时间 13.0 小时,耗电 310 度 每球节电:60 度电,节电率:60/370=16.2%

6、设备安装程序
用户需提供球磨机电气控制系统图。 用户方工艺、电气技术人员配合,共同完成设备安装。

7、 参考资料 、
在本方案中所引用的参考资料: (1) (2) (3) 正弦变频器应用手册 球磨工艺 陶瓷工业机械与设备

三、设计球磨机变频节能控制系统控制柜 设计球磨机变频节能控制系统控制柜
控制柜电气原理图如下图1所示
MCCB
R S T SINE303 U V W

KM1

电机 接线 柱
KM2

X1 X7

COM

VCI GND

图4-1

控制柜电气原理图

1、控制柜操作面板上安装有: A)三位选择开关K1:用于变频运行/工频运行切换; B)常开控制按钮K2:用于变频器电动运行;

C)面板工频运行指示灯ED1; D)面板变频运行指示灯ED2。 2、上图中,KM1和KM2为变频运行接触器,这两个接触器与原来工频运行接触有互 锁的关系,MCCB为进线空气断路器,选用规格和线径可参考用户手册的有关说明。 3、注意:应在操作面板的显要位置提示:工变频转换的注意事项。 对工/变频转换时的注意事项,应在控制柜操作面板上重点醒目位置印出,以提醒操作 人员。 (例如:请先按下球磨机的停止按钮,将工/变频转换按钮打到停止位置, 等电机停止 后,再转换到变频起动球磨机工作;如变频出现故障,请按操作面板上的复位按钮。)

四、安装、调试和使用过程中常出现的问题 、安装、
1、控制柜通风设计:SINE303变频器支持散热器柜外安装,请务必 务必做好控制柜的通风设 务必 计,(否则会出现通风不良,变频器过热,控制柜内部过热,需要现场加装风扇的情况); 2、关于过流 球磨机一般不易空载辨识电机参数,在此情况下可采取以下措施: 1)进行电机静态参数整定; 2)满载起动或点动,调整变频器参数,不出现失速过流或过压现象。

五、功能码设定和调试
SINE303简易PLC功能是变频器内置一个可编程控制器(PLC)来完成对多段频率逻辑 进行自动控制。可以设定运行时间、运行运行方向和运行频率,以满足工艺的要求。 SINE303系列变频器可以实现7段速变化控制,有4种加减速时间供选择。 当频率源参数 F0-08、F0-10确定为PLC运行方式时,需要设置F6-00~F6-07、F6-08、 F6-14、F6-15-F6-21来确定其特性。

1、功能码设定
相关功能码设定一览 功能码设定值 F0-02=2 F0-04=1 F0.-08=1 F0-16=30 F0-17=30 F5-02=1 F5-08=9 F9-01~F9-06 F9-08~F9-14 F6-00~F6-21 功能码意义 无PG矢量控制 端子运行命令通道 PLC运行 加速时间 减速时间 X1端子为正转运行; X7输入端子为外部故障复位功能 根据电机铭牌输入电机参数 通过静止或完整调谐获得相关电机参数 设置变频器的运行曲线 说明

五、售后服务
12 个月免费保修,终生维护 24 小时服务响应 附:球磨机中研磨体运动情况 在球磨机中研磨体的运动状态与筒体的转速和研磨体与筒体内壁的摩擦因素 等有关系。研磨体在筒中的运动状态基本上可以分为: (1)泻落式运动状态 当球磨机转速较低时,全部研磨体可以看成是一个松散 的“团块”,“团块”的界面随着筒体的转动而沿着转动方向不断向上偏斜,形 成斜坡。当斜坡的倾斜角到达研磨体的自然休止角时,研磨体在重力等作用下将 沿斜坡滚下,形成泻落式运动,如下图所示。在泻落式运动中,物料主要在研磨 体相对运动时产生的碰击和研磨作用而被粉碎。 (2)抛落式运动状态 当球磨机转速较高时,研磨体随筒体上升致一定高度后, 象抛射体一样抛落下来,在抛落式运动状态下,物料主要是在研磨体抛落时的碰 击作用以及部分的研磨作用下而被粉碎的。 (3)离心式运动状态 当筒体转速过高时,由于离心力的作用,研磨体“贴附” 在筒体内壁上与筒体一道做旋转运动而不再抛落。在离心式运动中,研磨体不再 对物料产生碰击和研磨作用,物料当然就不会被粉碎。

泻落式运动状态

抛落式运动状态

离心式运动状态

球磨机的转速对其工作有很大的影响,如果转速适当,则能使粉磨工作 以较快的速度和在较高的效率下进行,太快,由于离心力太大,研磨体紧贴在筒 体内壁不会沿抛物线轨迹落下, 当然就不能给物料以有效粉碎, 反之, 转速太慢, 在单位时间内研磨体对物料作用的次数就减少,同时研磨体上升高度不足,落下 时对物料做的功也少,粉磨速度和效率当然也底。 何时让研磨体做抛落运动,抛落运动的最佳转速是多少,何时让研磨体做 泻落式运动,泻落式运动时球磨机的最佳转速是多少,是球磨机节能改造成功的 关键。正弦变频器厂家的技术人员和陶瓷行业的设备专家、工艺专家通过长期不 懈的努力和合作,取得了大量关于球磨机变频器节能改造的数据和经验,取得了 一次又一次的成功, 正弦变频器应用于陶瓷行业球磨机变频器节能改造必将开启 陶瓷行业球磨机变频器节能改造的新局面,为社会和行业的发展做出新的、更大 的贡献!


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