高壓變頻器在半自磨機(jī)上的應(yīng)用

許維維，李永芬，李愛(ài)玲

（1.云南華聯(lián)鋅銦股份有限公司，云南文山 663701；2.云錫文山鋅銦冶煉有限公司，云南文山 663000）

0 引言

云南都龍礦區(qū)是一個(gè)以鋅、錫、銦等金屬為主，伴隨多種金屬共存的多金屬礦區(qū)，某公司作為該地區(qū)礦石開(kāi)采及研究的主要主體。面對(duì)設(shè)備老化、技術(shù)落后的大坪選礦車間C 系統(tǒng)，公司提出利用半自磨+球磨的工藝流程對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化改造。由于原礦性質(zhì)差異造成磨礦處理量波動(dòng)較大，各工藝段產(chǎn)能協(xié)調(diào)配合性較差，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)。通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流，結(jié)合大型磨機(jī)的驅(qū)動(dòng)經(jīng)驗(yàn)，確定出半自磨機(jī)由工頻驅(qū)動(dòng)變更為變頻驅(qū)動(dòng)的方案?？蓪?shí)現(xiàn)磨機(jī)重載啟動(dòng)、軟啟動(dòng)、軟停車、調(diào)速運(yùn)行等功能，符合大型磨機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)發(fā)展的方向。

1 半自磨工頻控制現(xiàn)狀

目前大多數(shù)半自磨機(jī)一般采用：低速同步電機(jī)+氣動(dòng)離合器+大、小齒輪嚙合的方式來(lái)驅(qū)動(dòng)半自磨機(jī)。運(yùn)行時(shí)電機(jī)空載啟動(dòng)，待電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速后通過(guò)離合器抱閘來(lái)帶動(dòng)磨機(jī)負(fù)載工頻運(yùn)行。這種方式具有以下特點(diǎn)。

（1）啟動(dòng)。低速、重載及大電流沖擊是啟動(dòng)時(shí)的特點(diǎn)。主電機(jī)空載啟動(dòng)瞬間將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生額定電流4～7 倍的電流沖擊，同時(shí)半自磨機(jī)氣動(dòng)離合器抱閘啟動(dòng)瞬間，需要克服傳動(dòng)系統(tǒng)自身磨擦以及磨機(jī)本身及內(nèi)部載荷的阻力矩，也將對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生巨大的電流沖擊，嚴(yán)重影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性和機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

（2）運(yùn)行。隨著露天開(kāi)采深度增加原礦礦石硬度、粒度等物理屬性波動(dòng)大，磨礦系統(tǒng)日處理量差異較大，呈現(xiàn)“喜軟怕硬”的生產(chǎn)情況，尤其在礦石硬度高、平均入料粒度大時(shí)，磨機(jī)處理量減低達(dá)30%；同時(shí)也存在因氣動(dòng)離合器氣源壓力不足，導(dǎo)致半自磨跳閘停機(jī)事件發(fā)生，不能更好的滿足生產(chǎn)。

（3）停機(jī)。不能實(shí)現(xiàn)變頻可控停機(jī)。停機(jī)時(shí)磨機(jī)筒體會(huì)在重力的作用下繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

（4）設(shè)備配置。設(shè)備及管路配置較復(fù)雜，外部需要配置空壓機(jī)為氣動(dòng)離合器提供氣源，控制離合器的開(kāi)或關(guān)，氣罐及管路涉及壓力容器儀表相關(guān)的檢驗(yàn)，控制系統(tǒng)增加監(jiān)控點(diǎn)及工作量，系統(tǒng)程序相對(duì)復(fù)雜，檢修維護(hù)工作量較大。

（5）發(fā)展趨勢(shì)。選廠數(shù)字化、智能化、高效化發(fā)展，需要磨機(jī)系統(tǒng)提供更多手段和數(shù)據(jù)信息的支撐，企業(yè)節(jié)能降耗措施提出更高的要求。

2 半自磨變頻控制系統(tǒng)配置

某公司大坪選礦車間C 系統(tǒng)半自磨機(jī)型號(hào)為Φ4.5×2.4 m，日處理量為1500 t，采用交流有刷勵(lì)磁同步電機(jī)，功率600 kW，10 kV。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由變頻器、勵(lì)磁裝置等組成，見(jiàn)電氣系統(tǒng)一次圖（圖1）。

（1）變頻器。采用Tmdrive-MVG2 -1200KVA -10kV/10kV系列完美無(wú)諧波的單元串聯(lián)多電平電壓源交直交變頻器，輸出電壓為10 kV。核心器件為三菱第七代IGBT，48 脈沖整流，采用強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱。變頻器控制主電機(jī)的啟、停并調(diào)速。它具有對(duì)電網(wǎng)諧波污染極小，輸入功率因數(shù)高，輸出波形質(zhì)量好，不存在諧波引起的電機(jī)附加發(fā)熱、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)、噪聲、不用加輸出濾波器就可以配合普通的同步電機(jī)使用。變頻器過(guò)載倍數(shù)大于電機(jī)額定電流1.5 倍以上。主回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，沒(méi)有輸入/輸出濾波器；全數(shù)字控制，控制精度高，采用開(kāi)環(huán)或閉環(huán)矢量控制，能在（0～50）Hz 內(nèi)保持恒轉(zhuǎn)矩特性。

圖1 電氣系統(tǒng)一次圖

（2）勵(lì)磁裝置。采用WKLF-112B 型變頻器配套專用同步電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁裝置為同步電機(jī)提供勵(lì)磁電壓和勵(lì)磁電流。由觸摸屏和微機(jī)勵(lì)磁控制器組成，主電路采用晶閘管風(fēng)冷器件組成三相全控橋可控硅整流供電，采用數(shù)字控制技術(shù)。它具有啟動(dòng)無(wú)脈振，投勵(lì)無(wú)沖擊；操作、調(diào)試和維護(hù)簡(jiǎn)單方便；智能化的故障檢測(cè)、定位及顯示；失步保護(hù)及不減載自動(dòng)再同步功能；各種保護(hù)準(zhǔn)確、完善、可設(shè)置為自動(dòng)和手動(dòng)運(yùn)行等。

（3）控制系統(tǒng)。采用S7-1500 PLC 控制系統(tǒng)為控制的核心，由PLC 和液晶觸摸屏控制組成，主要完成對(duì)磨機(jī)主軸承潤(rùn)滑的控制和保護(hù)，并協(xié)調(diào)磨機(jī)電控系統(tǒng)各設(shè)備之間的聯(lián)鎖。對(duì)潤(rùn)滑站控制、保護(hù)和聯(lián)鎖；采集和處理電機(jī)定子繞組溫度、轉(zhuǎn)子軸承溫度、磨機(jī)主軸承溫度及潤(rùn)滑站油溫、主軸承潤(rùn)滑油壓、主軸承潤(rùn)滑油流、小齒輪和電機(jī)振動(dòng)等。

觸摸屏可顯示多個(gè)監(jiān)控畫面，包括主機(jī)系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的實(shí)際測(cè)量值及趨勢(shì)圖、故障報(bào)警/跳閘信息、修改參數(shù)，如各個(gè)軸承溫度報(bào)警值及停機(jī)值、潤(rùn)滑站供油壓力、油流等低報(bào)警值及停機(jī)值。對(duì)系統(tǒng)集中監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)的啟動(dòng)、停止、聯(lián)鎖、保護(hù)等多種功能，也可由中控室（DCS）或機(jī)旁操作箱完成控制。

3 半自磨機(jī)高壓變頻控制的必要性

（1）采用變頻器驅(qū)動(dòng)的方式啟動(dòng)磨機(jī)，啟動(dòng)電流和啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩都可以得到精確的控制，對(duì)電網(wǎng)沖擊小，變頻器的精確控制功能可避免沖擊轉(zhuǎn)矩對(duì)大小齒輪的損傷，延長(zhǎng)其使用壽命。

（2）采用變頻控制可根據(jù)礦石的可研磨性對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整，不再依賴傳統(tǒng)的調(diào)整鋼球添加量來(lái)保證磨礦產(chǎn)量，變頻調(diào)速為生產(chǎn)提供了可靠保障。

（3）變頻調(diào)速可根據(jù)襯板提升條磨損后高度的變化，調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)滿足提升條對(duì)磨礦介質(zhì)的提升效果，在不改變介質(zhì)球添加制度的前提下，保證半自磨機(jī)最佳的磨礦效果，提高生產(chǎn)效率，穩(wěn)定生產(chǎn)流程。

（4）采用變頻調(diào)速控制可應(yīng)用可控停機(jī)的方式停機(jī)，不會(huì)產(chǎn)生筒體擺動(dòng)，避免大小齒輪打齒撞擊情況發(fā)生。

（5）變頻調(diào)速及PLC 控制系統(tǒng)可為選廠智能化建設(shè)提供可靠的工藝指標(biāo)采集數(shù)據(jù)。符合國(guó)家選礦智能化發(fā)展的方向。經(jīng)過(guò)對(duì)比：半自磨機(jī)采用變頻調(diào)速后能耗降低40%左右，因此磨機(jī)采用變頻控制是節(jié)能措施的最佳選擇。

4 結(jié)論

該項(xiàng)目半自磨機(jī)變頻改造于2018 年10 月調(diào)試完成并運(yùn)行至今，實(shí)踐數(shù)據(jù)表明變頻調(diào)速不僅在節(jié)能降耗和保護(hù)筒體襯板上取得較大的效果，而且穩(wěn)定生產(chǎn)工藝指標(biāo)的波動(dòng)，并提升選廠自動(dòng)化水平和降低設(shè)備維修工作量，值得選礦行業(yè)借鑒。