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冯先生

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     职称:工程师
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球磨机使用变频器探讨

   作者:冯祥炘    发布时间:2007年11月27日  

    一.概述
    水泥、陶瓷行业应用变频器已经非常普遍,生产机械如回转窑,窑头、窑尾风机,传送`带等原来用电磁调速或其他的调速方式,都相继改造为变频交流调速。改造的目的是使生产过程中工艺调速方便,提高产品的产量、质量,实现自动化,节能等。但是,在球磨机上使用变频器,其本上还是空白。其原因是,球磨机料筒的转速是恒定的,即使要变化,变化的范围也不大,如果考虑使其转速下降节能,但可能使球磨的时间增长,节能的效果不明显。实际上球磨生产过程比较简单,如某陶瓷厂的球磨机电机90kw,料筒内加料16T~18T,在50Hz下运转8小时,料的细度达到要求就出料,然后再加料,重复上述过程,一般来说,这是一个经验工艺数据,对不同的厂家和球磨的原料不同,工艺参数也有差别。在某地陶瓷行业,普遍使用的球磨机的电气传动方式为,三相交流鼠笼异步电机—液力偶合器—齿轮减速器—皮带轮减速器,在这里,球磨机的料筒作为了减速器的皮带轮使用。容量为90KW电机,在球磨机重载起动时,若传动环节中无液力偶合器,即使使用自耦减压起动器或星—三角启动器,对电网也会造成较大的冲击,并且经常出现起动失败。为缓冲起动时的冲击,传动环节中加入了液力偶合器,这样可在任何状态下顺利起动球磨机。
    二.液力偶合器和变频调速节能
    液力偶合器是通过控制工作腔内工作油液的动量矩变化,来传递电动机能量,电动机通过液力偶合器的输入轴拖动其主动工作轮,对工作油进行加速,被加速的工作油再带动液力偶合器的从动工作涡轮,把能量传递到输出轴和负载。液力偶合器有调速型和限矩型之分,前者用于电气传动的调速,后者用于电机的起动。系统中的液力偶合器在电机起动时起缓冲作用,其效率理论值为95%。变频器的效率为96%,在传动环节中去掉液力偶合器,用交流调速变频器驱动球磨机电机,可以在额定电流下顺利起动90kw电机,并且,理论上效率可以提高1%。实际上液力偶合器的效率与液力偶合器腔内注入油量有关,在运转过程中液力偶合器有一定的温升,存在密封不严有泄漏等因素,其效率一般都小于理论值95%,减少2%~3%是常有的事。
    球磨机的电机转速为1440r/min,经液力偶合器和减速器减速后,料筒的运转速度为16r/min。球磨机的效率计算的公式为:
   
    式中:nT—为液力偶合器输出轴的速度,
    nB—为电机侧液力偶合器输入轴的速度
    其效率为0.95,在传动环节中去掉液力偶合器,用弹性联轴器直接连接,这时料筒的速度会超过16r/min,为维持原来的工艺状况,电机应减速,变频器的输出频率下降到50x0.95=47.5Hz,由于球磨机是恒转矩负载,电机运转频率下降,其电流基本不变或略有下降,但输出电压按比例下降,由三相电机功率计算式:
   
    现场有就地补偿电容,用变频器后功率因数基本不变,因此应节约5%功率。前两项相加大约有8%的节能。
    三.电机的调压节电
   
    以安川或是富士变频器,例如国产中安邦信G9功能就有电压跟随负载功率或是输出电流和变化,自动节电功能,欢迎来电咨询,交流,QQ:171547598. 0595-22237598 13559577165
    球磨机起动时的起动电流较大,起动完成后,运行电流为80~110A,对于90KW电机相当于轻载运行,这时电机的效率也较低。应用自动能耗最优控制,即利用变频器的电压调节功能,可在与负载无关的条件下,保持电机的效率为最高。
    异步电机的损耗有铜耗,基本铁心损耗,常称为铁耗,机械磨擦损耗和杂散损耗。对已定型生产的电动机,机械磨擦损耗在运行过程中为常值;铜耗与电机电流的平方成正比,随负载的变化而变化;铁耗近似与电机端电压的平方成正比;杂散损耗与电机电流的平方成正比,随负载的变化而变化。对于90KW电机,以上各种损耗占总损耗的百分数分别是铜耗20%~30%,铁耗20%,机械磨擦损耗40%~50%,杂散损耗15%~20%。对相同的负载,电机端电压的升高,电流会减小,因此当端电压升高时,铜耗和杂散损耗减小;而铁损增加。这样,电机的端电压存在有一点,在这点时电机的总损耗为最小,如图一。
   
    图一 不同供电电压下电机的损耗
    某陶瓷厂90KW球磨机的负载情况如下:球磨机电机90KW,料筒的转速为16r/min,每个工作周期等于3.75s,电流在80~110A之间变化,相当于额定电流的46%~62.5%,如图二所示:
   
    下面进行节能效果分析。
    1.不进行节能控制时:
    负载较高时的功耗
    P10=90*0.625/0.884=63.63(KW)
    0.884为62.5%负载时电机的效率。
    负载较低时的功耗
    P11=90*0.46/0.65=63.69(KW)
    0.65为46%负载时电机的效率。
    一周期平均功率
    P1=(P10*0.75+P11*3)/3.75=63.68(KW)
    2.变频器进行节能调节时:
    负载较高时的功耗
    P20=90*0.625/0.886=63.49(KW)
    0.886为62.5%负载且电压控制时电机的效率。
    负载较低时的功耗
    P21=90*0.46/0.70=59.14(KW)
    0.70为46%负载且电压控制时电机的效率。
    一周期平均功
   
   
   
 

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