前言

在我国陶瓷行业，球磨机是陶瓷工业粉磨陶瓷原料的重要设备。球磨机通常采用笼型异步三相电动机通过液力耦合器、齿轮传动装置、皮带传动装置等驱动筒体以适宜的转速旋转，从而达到粉磨陶瓷原料的作用。

球磨机的负载特点是:启动转矩大，筒体须装载后才能起动；负载变化随料筒内的物料变化；负载的惯性大，回馈能量较大。变频器起动方式具有起动电流小、起动转矩大、起动平稳和起动参数灵活可调节等优点，广泛应用于陶瓷工业球磨机的起动与控制中。

一、生产工艺

球磨机主要由圆柱形罐体、传动皮带、电机、控制柜等部件组成（见图1）。罐体内装有研磨介质，通常为直径25～150mm的钢球或钢棒。当罐体内填充满原料（各种砂石、粘土、棕榈球）后加水，启动球磨机。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各不相同。在启动过程中，由于转速较低，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。

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。


图1 球磨机
二、控制系统配置

控制系统配置见图2。
（1）电机：额定功率250KW，额定电压380V，额定电流455A，额定转速980r/min；
（2）控制系统：FX2-128MT；
（3）变频器：台达355KWC2000产品，VFD3500C43A。

图2 控制系统配置


电机控制采取了变频控制同工频控制相结合的方式。在启动过程中，电机由变频器控制，可以解决启动电流大的问题，减少机械冲击。由于球磨速度始终比较高，在运行到50HZ之后，可以切换到工频运行，变频器继而可以启动下一台电机。所以，在控制系统中，设计了由PLC控制切换的旁路系统。


三、台达变频器C2000系列

台达高级磁通矢量变频器C2000系列具有以FOC控制为核心的高效能变频驱动技术，以及多元化的驱动控制及模块化设计，故障率低，功率范围0.75～450KW，可满足大多数的应用要求。其主要特点：
（1）感应电机与同步电机控制一体化；
（2）内置10k步容量PLC，支持多种编程语言和编程指令；
（3）中文LED面板，操作方便，美观大方；
（4）模块化设置，可拆卸的风扇、控制端子，可选择搭配各种总线模块、IO模块、回馈模块，扩展应用领域，满足不同要求；
（5）先进的再生能量解决方案，除传统的制动电阻方案，还支持能量回馈单元以及DC-BUS直流母线并联共享等方案，可高效利用回升能量。

四、变频器控制

球磨机变频器控制，在启动初期，由于负载不均衡，在重载一侧下落时，罐体拖动电机产生能量回升，导致变频器直流母线电压过高，变频器会出现加速中过电压报警。针对这种状况，一般厂家会通过加能量回升装置，或者加大变频器中间电容解决过压问题。C2000系列产品独特开发设计的TEC功能，使之在不需要扩展硬件的基础上，可解决过压问题。

采用TEC功能之前，在启动过程中，随着负载从高处的不断下落，直流母线电压持续升高，*终超过限值而报警停机（见图3）。

图3 采用TEC功能之前的过压问题


如图4所示，采用TEC功能之后，蓝色为直流母线电压，绿色为输出电压，红色为输出频率。可以看出，在启动过程中，通过阶段性释放能量的方式，使直流母线电压缓慢升高，并且在升高后可以快速回复到正常值。


图4 采用TEC功能之后
结论

本文介绍了台达C2000系列产品在陶瓷行业球磨机上的应用经验。经实际运行证明，应用变频器控制方案，可使设备运转平稳，调速方便可靠。引入TEC功能之后，可解决加速过程中的过电压问题，减少制动单元等能量回升物品的成本投入，效果可靠，推广可行性高。