球磨机在陶瓷行业被大量使用，是物料粉碎的不可缺少的重要生产设备。球磨机一般功率都较大，工作效率又很低，因而成为陶瓷行业最大的耗电设备之一。因此降低球磨机的能耗是陶瓷行业降低成本，提高产品竞争力的有效途径。

球磨机变频改造的主要要求有以下几点：

    1. 球磨机在运行过程中负载波动大，要求变频器过流，过载，限流功能强，能够满足球磨机在运行过程中负载波动大时能够长期稳定运行的要求。

    2. 球磨机启动时负载非常大，一般要求点动即能将球磨机启动，要求变频器低频启动转矩必须足够大。

    3. 变频改造时必须满足球磨机的工艺要求。

一. 球磨机的驱动工作过程简述 

    目前球磨机普遍采用的驱动方式是：三相交流电动机—液力耦合器—齿轮减速器—皮带轮减速器。在这里，球磨机的料筒作为减速器的皮带轮使用。在球磨机重载起动时，电动机起动电流可达到额定电流的六倍以上。为了缓解起动时的机械冲击，传动环节中加入了液力耦合器，液力耦合器是通过控制工作腔内工作油的动量矩变化来传递电机的驱动能量的。电动机通过液力耦合器的输入轴拖动其主动工作轮旋转，对工作油加速，被加速后的工作油再带动液力耦合器的从动工作涡轮旋转，把驱动能量传递到其输出轴和负载。传动系统中的液力耦合器在起动时起缓冲作用，让电动机可以轻载起动，以减小起动电流，等电动机起动后再慢慢加载，达到顺利起动球磨机的作用，减小起动时的机械冲击。在工作时通过液力耦合器的调速作用，搜索球磨机的最佳工作转速，提高球磨机的效率。由于球磨机属恒转矩负载，在用液力耦合器调速时，其调速效率等于调速比，有很大一部分能量在液力耦合器中被浪费掉。

二. 球磨机的生产工艺

    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：

    a、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，形成斜坡。当斜坡的倾斜角到达自然休止角，研磨体在重力等作用下沿斜坡滚下，形成一种称为泻落式的状态。在这种状态中，物料主要在研磨体相对运动时产生的碰击和研磨作用下被粉碎。

    b、当球磨机转速较高时，研磨体随筒体上升到一定高度后，被抛落。这种状态称为抛落式。在这种状态中，物料主要在研磨体抛落时的碰击以及部分研磨作用下被粉碎。是一种比较好的动作转速。

    c、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。这种状态的最低转速称为临界转速。

    球磨机的临界转速Nl为： Ni=42.3/√D（r/min）（D为筒体内径）

    球磨机的最佳工作转速Nz为：Nz=0.765Nl（r/min）

    实际运行表明，最佳工作转速与钢球的直径及其装载量、护甲形状，钢球与护甲之间的磨擦系数等因数有关。

    一般的最佳工作转速通常为临界转速的0.7～0.8，可见转速还是有一定的可调范围，但调节范围不大。

三 .变频改造方案

    3.1. 根据配置作如下变频改造方案：

    1）配置两套冗余变频工频驱动系统;

    2）设置远程控制和就地控制两种方式;

    3）保留原工频系统及其联动方式，且和变频器系统互为备用。

图二、主控变频系统示意图

    3.2变频改造电路：

    变频改造时采用变频+工频控制方式。其控制柜主电路由四方变频器和工频旁路接触器等构成，控制电路由工频/变频切换开关、启动、复位开关、指示灯等构成。

    （1）变频控制柜主电路

    图三给出了变频节能改造的主电路图。图中KM1、KM2、KM3为接触器。在改造时仍保留原有控制电路中的降压启动电路，这样可方便改造同时保持原来的控制特性。采用工频旁路目的是为了在变频器出故障时可直接切换到工频运行，而不影响生产。

图三、变频节能改造主电路图

    （2）变频控制柜控制电路

    图四为变频柜的控制电路框图。图中，SB为工频/变频转换开关，选用三级开关；SB1为变频器启动按钮；SB2为变频器停止按钮；K1为复位按钮；L1为总电源指示灯；L2为工频运行指示灯；L3变频运行指示灯；L4为变频器故障指示灯，其故障信号由变频器TA、TC输出；KM1、KM2变频运行接触器；KM3为工频运行接触器。

图四、变频柜控制电路框图

四. 应用效果

    球磨机安装变频节能控制系统后，取得了以下效果：

    a、 因消除了起动时的冲击，延长了机轴、波箱齿轮，皮带等机械件的使用寿命，减少了维修费用。

   b、 球磨机使用变频调速后，起动电流可比原先小3-5倍，（如110kW电机原先的起动电流在600A以上，变频节能控制系统起动电流为180A～200A之间），实现了真正的软起动，也收到了节能的效果。由于起动电流大大减小，不会造成对电网的冲击和电网电压的下降，消除了因球磨机起动而引起的其它用电设备跳闸或故障，在同样的电网容量下，并可增加装机台数。

   c、 可以通过变频器方便地设定研磨时间，加磨时间和自动停机功能，使操作更加智能化，人性化。

   d、 以某陶瓷厂为例，该厂已安装了大功率变频器。以其中的一台40吨球磨机为例，电动机功率为110kW，原球磨机每月用电量为：98kW&tiMES;18小时×30天=52920 kWh（度），在安装了球磨机专用变频节能控制系统后用电量为47525.4 kWh（度）。节电率达10%。