高压变频器在半自磨机上的应用

许维维，李永芬，李爱玲

（1.云南华联锌铟股份有限公司，云南文山 663701；2.云锡文山锌铟冶炼有限公司，云南文山 663000）

0 引言

云南都龙矿区是一个以锌、锡、铟等金属为主，伴随多种金属共存的多金属矿区，某公司作为该地区矿石开采及研究的主要主体。面对设备老化、技术落后的大坪选矿车间C 系统，公司提出利用半自磨+球磨的工艺流程对其进行优化改造。由于原矿性质差异造成磨矿处理量波动较大，各工艺段产能协调配合性较差，难以实现稳产。通过驱动系统交流，结合大型磨机的驱动经验，确定出半自磨机由工频驱动变更为变频驱动的方案。可实现磨机重载启动、软启动、软停车、调速运行等功能，符合大型磨机驱动系统发展的方向。

1 半自磨工频控制现状

目前大多数半自磨机一般采用：低速同步电机+气动离合器+大、小齿轮啮合的方式来驱动半自磨机。运行时电机空载启动，待电机转速达到额定转速后通过离合器抱闸来带动磨机负载工频运行。这种方式具有以下特点。

（1）启动。低速、重载及大电流冲击是启动时的特点。主电机空载启动瞬间将对电网产生额定电流4～7 倍的电流冲击，同时半自磨机气动离合器抱闸启动瞬间，需要克服传动系统自身磨擦以及磨机本身及内部载荷的阻力矩，也将对电网产生巨大的电流冲击，严重影响电网的稳定性和机械设备的使用寿命。

（2）运行。随着露天开采深度增加原矿矿石硬度、粒度等物理属性波动大，磨矿系统日处理量差异较大，呈现“喜软怕硬”的生产情况，尤其在矿石硬度高、平均入料粒度大时，磨机处理量减低达30%；同时也存在因气动离合器气源压力不足，导致半自磨跳闸停机事件发生，不能更好的满足生产。

（3）停机。不能实现变频可控停机。停机时磨机筒体会在重力的作用下继续转动。

（4）设备配置。设备及管路配置较复杂，外部需要配置空压机为气动离合器提供气源，控制离合器的开或关，气罐及管路涉及压力容器仪表相关的检验，控制系统增加监控点及工作量，系统程序相对复杂，检修维护工作量较大。

（5）发展趋势。选厂数字化、智能化、高效化发展，需要磨机系统提供更多手段和数据信息的支撑，企业节能降耗措施提出更高的要求。

2 半自磨变频控制系统配置

某公司大坪选矿车间C 系统半自磨机型号为Φ4.5×2.4 m，日处理量为1500 t，采用交流有刷励磁同步电机，功率600 kW，10 kV。驱动系统由变频器、励磁装置等组成，见电气系统一次图（图1）。

（1）变频器。采用Tmdrive-MVG2 -1200KVA -10kV/10kV系列完美无谐波的单元串联多电平电压源交直交变频器，输出电压为10 kV。核心器件为三菱第七代IGBT，48 脉冲整流，采用强迫风冷散热。变频器控制主电机的启、停并调速。它具有对电网谐波污染极小，输入功率因数高，输出波形质量好，不存在谐波引起的电机附加发热、转矩脉动、噪声、不用加输出滤波器就可以配合普通的同步电机使用。变频器过载倍数大于电机额定电流1.5 倍以上。主回路结构简单明了，没有输入/输出滤波器；全数字控制，控制精度高，采用开环或闭环矢量控制，能在（0～50）Hz 内保持恒转矩特性。

图1 电气系统一次图

（2）励磁装置。采用WKLF-112B 型变频器配套专用同步电机微机励磁装置为同步电机提供励磁电压和励磁电流。由触摸屏和微机励磁控制器组成，主电路采用晶闸管风冷器件组成三相全控桥可控硅整流供电，采用数字控制技术。它具有启动无脉振，投励无冲击；操作、调试和维护简单方便；智能化的故障检测、定位及显示；失步保护及不减载自动再同步功能；各种保护准确、完善、可设置为自动和手动运行等。

（3）控制系统。采用S7-1500 PLC 控制系统为控制的核心，由PLC 和液晶触摸屏控制组成，主要完成对磨机主轴承润滑的控制和保护，并协调磨机电控系统各设备之间的联锁。对润滑站控制、保护和联锁；采集和处理电机定子绕组温度、转子轴承温度、磨机主轴承温度及润滑站油温、主轴承润滑油压、主轴承润滑油流、小齿轮和电机振动等。

触摸屏可显示多个监控画面，包括主机系统、润滑系统、各个测量点的实际测量值及趋势图、故障报警/跳闸信息、修改参数，如各个轴承温度报警值及停机值、润滑站供油压力、油流等低报警值及停机值。对系统集中监控，实现磨机的启动、停止、联锁、保护等多种功能，也可由中控室（DCS）或机旁操作箱完成控制。

3 半自磨机高压变频控制的必要性

（1）采用变频器驱动的方式启动磨机，启动电流和启动转矩都可以得到精确的控制，对电网冲击小，变频器的精确控制功能可避免冲击转矩对大小齿轮的损伤，延长其使用寿命。

（2）采用变频控制可根据矿石的可研磨性对电机转速进行调整，不再依赖传统的调整钢球添加量来保证磨矿产量，变频调速为生产提供了可靠保障。

（3）变频调速可根据衬板提升条磨损后高度的变化，调整电机转速来满足提升条对磨矿介质的提升效果，在不改变介质球添加制度的前提下，保证半自磨机最佳的磨矿效果，提高生产效率，稳定生产流程。

（4）采用变频调速控制可应用可控停机的方式停机，不会产生筒体摆动，避免大小齿轮打齿撞击情况发生。

（5）变频调速及PLC 控制系统可为选厂智能化建设提供可靠的工艺指标采集数据。符合国家选矿智能化发展的方向。经过对比：半自磨机采用变频调速后能耗降低40%左右，因此磨机采用变频控制是节能措施的最佳选择。

4 结论

该项目半自磨机变频改造于2018 年10 月调试完成并运行至今，实践数据表明变频调速不仅在节能降耗和保护筒体衬板上取得较大的效果，而且稳定生产工艺指标的波动，并提升选厂自动化水平和降低设备维修工作量，值得选矿行业借鉴。