книги из ГПНТБ / Филатов, А. С. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки

двигателя. Величина п уменьшается п соответствии с ростом радиуса рулона. Сила тока в якорной цепи и э. д. с. двигателя в этой зоне поддерживаются постоян­ ными. Это означает, что и электромагнитная мощность приводного двигателя, расходуемая на создание натя­ жения полосы, также сохраняется неизменной. Принцип поддержания постоянства натяжения полосы при косвен­ ном регулировании сохраняется.

%

1

двигателя остается равным номинальному, э. д. с. дви­ гателя уменьшается обратно пропорционально радиусу рулона (вследствие уменьшения скорости вращения), а сила тока якоря двигателя увеличивается в соответст­ вии с ростом радиуса рулона. Постоянство мощности во второй зоне сохраняется изменением напряжения на клеммах приводного двигателя.

Общая кратность регулирования скорости двигателя (при постоянной скорости прокатки) равна кратности из­ менения радиуса рулона:

к= J W

Re

где Ять* — максимальный радиус рулона.

132

Кратность регулирования скорости вращения двигателя напряжением (вторая зона управления):

шах

Преимущество комбинированного (двухзонного) спо­ соба управления двигателем моталки видно при опре­ делении номинальных данных двигателя и в первую оче­ редь его мощности.

Режим работы двигателя моталки реверсивного ста­ на холодной прокатки является циклическим (заправка полосы, разгон, прокатка на установившейся скорости, торможение). Длительность вспомогательных режимов, являющихся паузами для двигателя моталки, составляет менее 10% времени прокатки. Вследствие указанных особенностей режим работы двигателя при расчете на нагрев можно считать длительным. При расчете на на­ грев двигателей моталок большинства прокатных станов в качестве критерия нагрева можно принять величину среднеквадратичного тока якоря. Это определяется тем, что время прокатки рулона на станах указанного типа составляет 7—10 мин, в то время как постоянная време­ ни нагрева крупных машин постоянного тока составляет более 90 мин. Время цикла много меньше постоянной времени нагрева машины. Если для некоторых станов это положение не имеет места, то вычисление эквива­

лентной по нагреву силы тока якоря следует вести по - методам, учитывающим максимальную температуру цик­ ла или эквивалентную по старению изоляции темпера­ туру.

Определим среднеквадратичное значение силы тока якорной цепи при двухзонном управлении. Сила якорно­ го тока двигателя в первой зоне равна 10.

Величина силы якорного тока двигателя во второй зоне равна

(98)

максимальная сила якорного тока соответствует макси­ мальному радиусу рулона

133

Рассмотрение процесса изменения объема рулона за время t приводит к следующему равенству:

Изменение радиуса рулона в функции времени состав­ ляет

Определим среднеквадратичное значение силы тока за цикл прокатки:

134

После упрощения получим:

Отношение среднеквадратичного (эффективного) зна­ чения силы якорного тока за цикл прокатки к величине силы тока в зоне регулирования полем обозначим /<"Яф:

2 ^ ( ^ - 1 )

Для современных станов холодной прокатки величина Кс, как правило, больше 3. Учитывая это, с некоторым приближением можно записать:

Полученные равенства могут быть использованы как при поверочном расчете двигателя моталки на нагрев, так и при определении оптимального диапазона регули­ рования скорости двигателя полем. С этой целью опре­ деляют зависимости основных параметров двигателя мо­ талки от диапазона регулирования полем.

Для этого выбирают ряд двигателей с различными диапазонами регулирования полем. Приняв за базовую величину мощность натяжения Р0 и силу тока якоря дви­ гателя в диапазоне регулирования полем /п, для каждого двигателя подсчитывают среднеквадратичную силу тока /ЭфНоминальную силу тока принимаем равной средне­ квадратичной, а

^11 = КЭфРо-

В относительных единицах

Сэф-

135

Габаритную мощность двигателя подсчитывают по формуле

За базовую величину габаритной мощности двига­ теля принимают мощность при / ( „ = 1 , равную PQKC-

В относительных единицах габаритная мощность:

Ниже выполнены расчеты по определению парамет­ ров двигателей моталок для диапазонов регулирования скорости Лс = 4 н /<с = 5. Результаты этих расчетов при­ ведены в табл. 7, 8.

136

При этом анализе для двигателей с различными диа­ пазонами регулирования полем приняты одинаковые электромагнитные нагрузки, хотя известно, что двигатели с меньшим диапазоном регулирования полем могут быть выполнены с большими электромагнитными нагрузками. При учете этого обстоятельства следует ожидать еще большего снижения габаритной мощности двигателей и маховых масс привода при комбинированной системе уп­ равления.

На рис. 80 показаны аналитические кривые изменения относительных значений номинальной и габаритной мощ­ ности двигателя моталки в функции диапазона регули­ рования скорости вращения напряжением на якоре.

Полученные зависимости и кривые (рис. 80) позво­ ляют решить и ряд других важных вопросов, касающих­ ся работы привода моталки. Например, величина номи­ нальной мощности двигателя определяет мощность элек­ тромашинного генератора, а также характеризует величины потерь в электроприводе при известных зна­ чениях к. п. д. Величина габаритной мощности двига­ теля характеризует его вес и стоимость, а также может служить критерием оценки величины махового момента двигателя. Действительно, маховой момент якоря дви­ гателя, по данным завода «Электросила», с некоторым приближением можно определить по формуле

ка пропорционален номинальному вращающему мо­ менту:

где коэффициент С зависит от величины электромагнит­ ных нагрузок. Сравниваемые двигатели для привода мо­ талки имеют одинаковую максимальную скорость вра­ щения. В первом приближении можно принять величину С для этих двигателей постоянной. Следовательно, объ-

137

ем якоря машины пропорционален габаритной мощности двигателя. Если при изменении диаметра якоря считать постоянным число полюсов и отношение длины якоря / к его диаметру, то при этих условиях

Приведенные зависимости являются приближенными. Однако они могут быть использованы для анализа влия­ ния изменения диапазонов регулирования на параметры электропривода. Кроме того, при рассмотрении кривых можно сделать еще один важный практический вывод о рациональном выборе диапазонов регулирования скоро­ сти вращения двигателя при комбинированном (двухзонном) управлении. При увеличении второй зоны регули­ рования, характеризуемой коэффициентом Кш (от Ки= 1 до . /(„=1,5), изменение габаритной мощности составит 25%, а увеличение Кп от 1,5 до 2,5 приводит к уменьше­ нию габаритной мощности лишь на 4—5%, в то время как номинальная мощность возрастает на 65—70%. От­ сюда следует, что оптимальный диапазон регулирования скорости вращения двигателя моталки полем составляет 65—80% всего диапазона регулирования скорости, а ди­ апазон регулирования напряжением 1,25—1,5. В этом случае габаритная мощность двигателя моталки состав­ ляет 65—80% мощности двигателя с полным диапазоном

Дальнейшее уменьшение диапазона регулирования ско­ рости двигателя полем не дает существенного уменьше­ ния габаритов двигателя и времени разгона.

4. СТРУКТУРНАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ КОМБИНИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Структурная схема регулятора натяжения полосы при комбинированном (двухзонном) регулировании ско­ рости двигателя показана на рис. 81. В схеме реализова­ ны зависимости, приведенные на рис. 79-.

Как у обычных регуляторов, применяемых для уп­ равления моталками, ее основу составляют два отдель­ ных регулятора — регулятор силы тока якоря и астатиче­

138

намической компенсации с выхода множителя М4, сиг­ нал обратной связи по силе тока якоря, скорректирован­ ный множителем М2, а также сигнал узла ограничения скорости с выхода усилителя У4. На вход генератора ГМ подается сигнал от У\ и сигнал от тахогенератора клети

X fit

X

Рис. 81. Структурная схема комбинированной системы управления мо­ талкой:

Ти 5Г_ — действующее н заданное натяжения полосы

ТГ (после множителя М\), напряжение которого увели­ чивается при увеличении скорости прокатки.

Регулятор э. д. с. двигателя моталки включает узел

139

выделения э. д. с. двигателя £ Л . М , усилитель Уз, на вход которого поступает сигнал э.д. с. и задающий сигнал от тахогенератора клети (после множителя М[); пнтегрозапоминающее устройство ИЗУ; нелинейный преобразо­ ватель НП\\ усилитель У2 и возбудитель двигателя УД, охваченные сигналом обратной связи по силе тока воз­ буждения двигателя.

При пустом барабане моталки напряжение на выходе ИЗУ равно нулю, на входе НП{ оно минимальное и сила тока возбуждения ДМ также минимальная. Обратная связь по силе тока возбуждения ДМ уменьшает влияние возможных возмущений (колебания напряжения сети, температуры, характеристики УД и т. д.).

При намотке рулона скорость ДМ уменьшается и, следовательно, его э. д. с. стремится уменьшиться. Рас­ согласование между э.д. с. ДМ и напряжением ТГ, уси­ ленное УЗ, поступает на ИЗУ. Увеличение выхода ИЗУ через НП\ (в первой зоне), У2 и УД вызывает соответ­ ствующее увеличение тока возбуждения двигателя, поддерживающее Ея.м постоянной. В результате дейст­ вия ИЗУ регулятор э. д. с. является астатическим. Вели­ чина напряжения ИЗУ, соответствующая диаметру ру­ лона, запоминается при остановке стана, чем обеспечива­ ется поддержание натяжения покоя и правильная ком­ пенсация динамической составляющей при последующем разгоне.

Когда напряжение ИЗУ достигает значения, соответ­ ствующего максимальной (номинальной) силе тока воз­ буждения ДМ, выход НП\ перестает изменяться и при дальнейшей намотке рулона сила тока возбуждения ос­ тается номинальной. Таким образом, регулятор э.д. с. размыкается и в дальнейшем э.д. с. двигателя падает при увеличении диаметра рулона в результате соответст­ вующего снижения угловой скорости двигателя. Момент окончания первой стадии регулирования—• полем двига­ теля — наступает при радиусе рулона Ro

При намотке рулона радиусом более R0 величина Е уменьшается, выход ИЗУ продолжает увеличиваться, вы­ ход НП\ остается постоянным, а выход Я Я 2 начинает уменьшаться обратно пропорционально радиусу рулона. Напряжение ИЗУ по-прежне.му соответствует диаметру рулона. Выход НП2 уменьшается до минимального зна-

140

чения при максимальном диаметре рулона. Это обуслов­ ливает изменение величины сигнала на выходе множите­ ля М2 в цепи обратной связи по силе тока в якорной цепи. Из рис. 81 видно, что напряжение па выходных клем­ мах М2 равно произведению напряжения, пропорцио­ нального силе тока двигателя п выходного напряжения. Если М2 уменьшается, то сила тока в якорной цепи будет расти до тех пор, пока произведение указанных величин не примет своего первоначального значения. Таким спо­ собом удается получить при увеличении диаметра руло­

Одновременно с множителем М2 действует множитель /И3 на указывающий прибор Т, показание которого в статических режимах (без учета потерь) пропорциональ­ но натяжению.

Имеются схемы, в которых регулирование силы тока якоря во второй зоне осуществляется не путем измене­ ния обратной связи по силе тока якоря через множи­ тель М2, а путем изменения уставки тока якоря. Измене­ ние уставки тока якоря может осуществляться нелиней­ ным преобразователем, работающим в функции напря­ жения интегрозапоминающего устройства.

Узел компенсации динамической составляющей тока ДМ состоит из дифференцирующего устройства ДУ, на вход которого поступает сигнал скорости вращения вал­ ков клети, нелинейного преобразователя НПЗ, учитываю­ щего зависимость динамического тока ДМ от диаметра рулона, и множителя М4 , выход с которого подается для

тор тока, действуя навстречу сигналу уставки натяжения и ограничивая величину скорости. В результате дейст­ вия зоны нечувствительности У4 , последний не оказывает влияния на работу регулятора тока при наличии полосы. Рассмотренная схема может быть применена как при системе привода генератор — двигатель, так и при пи­ тании двигателя моталки от тиристорных преобразова­ телей.

Практический интерес представляет блок-схема регу-

141