深圳市微能科技有限公司 王国锋
长沙瑞泓电气自动化有限公司 贺李
1 引言
球磨机料筒的转速大多是恒定的，即使变化,变化的范围也不大。实际上球磨生产过程比较简单，如某陶瓷厂的球磨机料筒内加料完毕后，在工频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，传动环节中往往加入了液力偶合器，这样可在任何状态下顺利起动球磨机。但液力偶合器并不是上佳的方案，变频启动在球磨机应用中越来越广泛，首先是变频器优越的启动力矩性能使得球磨机的启动变得容易，其次是变频传动带来了能量的节约。
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球磨电机，并且，理论上效率可以再提高。球磨机的电机转速为1440r/min，球磨机在传动环节中去掉液力偶合器，用弹性联轴器直接连接，就可以节约3%的能量，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，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。用交流调速变频器驱动球磨机电机，代替液力耦合器，共计有8%的节能。
球磨机的节能目前从两方面考虑，去掉液力偶合器使用变频器的节电率为8%，利用变频器的节能模式调节可有5.5%的节能，两项相加共有13.5%的节能，由此可见，对球磨机进行变频改造还是可以达到节能的目的。
有另外一种节电模式,就是分三种频率,自动每隔时间自动循环快,中,慢速三种速度,提高磨效,达到节电功能! 目前，有人从改变球磨的工艺入手，即加料后的一段时间，适当提高变频器的输出频率，加快球磨的效率，然后再降低输出频率，运行一段时间后，继续降低输出频率。这样做可以节省球磨时间，而且球磨的质量可以保证，这是另一种节能思路，还有待于实践检验。也有采用循环快慢低三速变化,以几小时谓周期循环运行,提高磨效。
2 球磨机对变频技术的要求
近几年来，变频器在球磨机上得到了广泛的应用，其中对变频器技术要求如下：
2.1：变频启动力矩大
球磨机启动时刻需要的力矩很大，确保顺利启动球磨机。
2.2：变频器电流控制稳定
优化的电流控制策略，di/dt小，减小对电机的损伤。
2.3：变频/工频平滑切换
球磨机有一种应用工况：变频器启动球磨电机运行到50Hz后，切换到工频运行。如变频/工频直接切换，冲击电流瞬间可达到电机额定电流的10倍以上，对电机的损伤很大，如采用变频/工频平滑切换功能，冲击电流约为电机额定电流的2倍左右，可有效保护电机不受到冲击损伤或损坏。
2.4：转速跟踪
无辅机球磨机启动，往往需要变频器跟随球磨电机当前运行频率追踪启动，要求变频器具备速度搜索功能，并且要配合球磨的工艺特性启动。
3 深圳微能WIN-V63矢量控制变频器介绍
WIN-V63系列矢量控制通用变频器是深圳市微能科技有限公司研制的新一代矢量控制变频器，低速转矩能力强，控制精度高，超静音运行控制。内置过程PI、简易PLC、摆频运行、16段多段速运行，灵活的输入输出端子，多种频率给定设计等功能模块，把通用需求和行业用户的个性化需求有机地结合起来，提供了高集成的一体化解决方案。先进的设计保证了很高的电网和环境适应能力，可靠性高，先进的设计理念使操作变得简单方便。
WIN-V63系列变频器为行业用户提供了一个行业应用平台，可以面向不同行业，不同客户，配合特殊工艺提供相对应的解决方案。
WIN-V63系列矢量控制变频器同时设计有优化的V/F控制方式和开环矢量控制方式，满足球磨机启动力矩特性要求。
WIN-V63系列矢量控制变频器设计有输入相序和幅值检测功能，可以实时检测输入电源的相位和幅值。在变频/工频切换过程中，智能判断输出相位和输入相位的同步，平滑进行变频/工频切换动作。
WIN-V63系列矢量控制变频器设计有残压检测硬件电路，通过检测电机的剩磁来快速准确追踪电机当前的运行转速，变频器以追踪到的速度直接启动运行。
4 WIN-V63矢量控制变频器在球磨机上的应用
4.1：微能变频器选型
针对球磨机的应用特点，采用微能科技研发生产的WIN-V63系列变频器。球磨机根据种类不同，其功率相差也较大，从十几千瓦到300多千瓦不等，根据不同的球磨电机功率，选择适配的WIN-V63变频器即可实现球磨机的驱动控制。
过去在球磨机行业，客户选型变频器时，考虑球磨运行环境温度高和球磨机负载惯性大的特点，往往推荐变频器功率比球磨电机的功率大一档或两档，以提高变频器的环境适应能力和带载能力。这种选型策略对变频器的使用寿命较好，但如参数设置不当，不利于球磨电机的保护。因此当选型变频器功率大于电机功率时，请合理设置电机过载保护系数及变频器电流限制等参数，实现电机的合理保护。
当采用变频器和球磨电机功率相同的方案时，可以很好地保护电机，但对变频器的控制特性及环境适应性提出了更高的要求。
本次应用的球磨机是一台立式球磨机，电机功率250KW，变频器选用WIN-V63-250T4，同功率匹配。
球磨机停机一般采用自有停车方式或减速停机，减速停机的时间没有要求，因此一般不需要加配制动单元和制动电阻。
4.2：变频器配线
变频器配线如下图所示：
V63在球磨机应用中主电接线图
V63在球磨机应用中控制线路接线图
其中X1和X2设为多段频率输入端子，用来设定球磨机的运行速度；X3,X4分别设定为端子急停输入、外部故障复位命令， FWD外接运行命令。可编程继电器常作为故障继电器输出给操作台。
4.3：WIN-V63变频器调试
1）根据电机铭牌，设置正确的电机参数到V63变频器的P3组,
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参数名称 |
电机额定功率 |
电机额定电压 |
电机额定电流 |
电机额定频率 |
电机额定转速 |
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参数号 |
P3.00 |
P3.01 |
P3.02 |
P3.03 |
P3.04 |
卸掉电机负载，按变频器JOG键点动运行，确认电机旋转方向后立即停机，如方向相反，则重新交换U、V和W三相中任意两相的接线，设置P3.05=2，按RUN键进行电机参数自整定，整定结束后获得的电机参数自动存储到P3.06~P3.11中。
如无法实施电机参数自学习，采用V/F控制也能达到满意的控制效果。
4.4：设置参数
WIN-V63变频器主要参数设定如下：
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功能参数号 |
说明 |
设定值以及说明 |
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P1.01 |
最大频率 |
60.00HZ（变频电机基本频率为50.00） |
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P1.02 |
上限频率 |
60.00HZ |
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P1.04 |
频率给定通道 |
7（端子输入控制多段速） |
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P1.07 |
命令给定通道 |
1（端子给定） |
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PF.03 |
过载预报警检出水平 |
200% |
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PF.04 |
过载预报警检出时间 |
60秒 |
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PF.05 |
自动限流水平 |
200% |
4.5：调试效果
WIN-V63-250T4变频器控制250KW立式球磨机（电机额定电流450A）应用实例，按照上述配线要求进行配线，配线完毕后进行调试运行。
此现场的电机无法脱开机械负载，不能进行电机参数自学习，因此采用V/F控制，停机方式为自由停机。将电机额定转速设置为1500转/分；变频器和电机功率1:1匹配、变频器内部有完善的过流保护和反时限过载保护，将PF.03过载预报警检出水平设置为200%、PF.04过载预报警检出时间设置为60秒、PF.05自动限流水平设置为200%。
启动变频器运行：10Hz以下、变频器输出电流100A；直接加速到25Hz、由于磨珠没有甩开，变频器输出电流500A；降频到20Hz，变频器输出电流400A，甩开磨珠、加料，甩开磨珠、调高变频器输出频率，动态过程中变频器输出电流维持在360A左右，稳态运行时变频器输出电流下降到340A、在磨制过程中随着浆料粘度降低、变频器输出电流逐步减小，最终维持在290A。
对比试验，电机如果不用变频拖动，而是直接接电网运行时，电压比较高（经常达到400多伏)，电机电流最终维持在310A；使用变频器后、输出电压保持在380V，电机电流略有降低。
经过运行过程电能测量，节电效果明显。
本次采用变频器节能模式运行，该应用现场已经长期稳定运行，用户经过运行过程电能测量，节电效果明显，且应用控制效果良好。客户已开始大量采用V63安装于其它球磨机设备。
5 结语
WIN-V63矢量控制变频器已经成功应用在球磨机驱动控制领域，其优越的性能（带载能力强，调速范围宽，球磨机特殊工艺控制功能，操作灵活方便，功能保护全）以及高可靠性得到了充分的验证，完全满足球磨机驱动控制，广泛应用于球磨节能改造和机械配套。