книги из ГПНТБ / Филатов, А. С. Электропривод и автоматизация реверсивных станов холодной прокатки
.pdfV-LOR
Рис. 82. Блок-схема регулятора натяжения с зависимым ослаблением поля двигателя моталки
лятора натяжения с зависимым ослаблением поля дви гателя моталки (рис. 82). Узел ослабления потока воз буждения воздействует на блок управления 2БУТ тиристорным возбудителем ТВ и состоит из двух последо вательно подчиненных контуров регулирования; потока возбуждения с пропорционально-интегральным регуля тором РП и э. д. с. с пропорционально-интегральным ре гулятором РЭ. При скорости вращения приводного дви гателя ниже основной значение э. д. с. Е, измеренное датчиком ДЭ, меньше номинального Еп. При этом напря жение на выходе регулятора э. д. с. РЭ равно напряже нию ограничения, а уставка потока Ф* имеет наиболь шее значение. При достижении двигателем моталки ос новной скорости регулятор э. д. с. выходит из зоны ограничения и уменьшает уставку потока для поддер жания постоянной э. д. с. двигателя. Дальнейший разгон двигателя моталки осуществляется ослаблением потока возбуждения. Для поддержания заданного натяжения полосы сила тока в якорной цепи в установившемся ре жиме прокатки поддерживается в соответствии с соот ношением:
/ = |
к,?* |
J L = |
/<С3 Т*-j, |
где Т*-—уставка |
натяжения; |
||
|
R— радиус рулона; |
||
|
v—• скорость движения полосы; |
||
Е, |
Ф—э. |
д. с. и поток возбуждения приводного дви |
|
гателя; К\, Кг—постоянные.
Последнее соотношение поддерживается пропорцио нально-интегральным регулятором тока РТ, который воз действует на блок управления 1БУТ тиристорным преоб разователем ТП.
Отношение R/Ф вычисляют по отношению v/E блоком деления с запоминанием выходного натяжения, который состоит из умножителя ЗМ, усилителя рассогласования I V и интегрально-запоминающего усилителя ИЗУ.
Уставка натяжения полосы Т* поступает на умножи тель 1М с выхода регулятора РО — пропорционального усилителя с регулируемым ограничением выходного на пряжения. При нормальной прокатке сигнал v—®R (со — скорость вращения двигателя моталки) приближенно равен нулю, и выходное напряжение регулятора РО
143
определяется |
уровнем ограничения, который |
задается |
|||||||
оператором при |
помощи |
реостата |
уставки натяжения |
||||||
РЗН. |
В случае |
обрыва полосы |
отрицательный |
сигнал |
|||||
v—coR |
уменьшает |
напряжение |
выхода |
регулятора РО, |
|||||
ограничивая |
тем |
самым |
скорость |
вращения |
двигате |
||||
ля моталки. Сигнал v—aR |
формируется |
в блоке вычис |
|||||||
ления радиуса рулона, который представляет собой дели тельное устройство с запоминанием выходного сигнала и состоит из умножителя 4М, усилителя рассогласования 2У и интегрально-запоминающего усилителя 2ИЗУ.
При ускорении и замедлении стана уставка тока кор ректируется на величину динамического тока в соответ ствии с соотношением
с , = c l M * ) - f -
dv
где — — ускорение полосы;
fi{R)— функции радиуса рулона; Сх — постоянная.
Узел компенсации динамического тока состоит из не линейного преобразователя ЗНП, умножителей 2М и 5М
ирегулятора коррекции Р/С
Всхеме предусмотрена также компенсация механи ческих потерь в функции скорости вращения приводно го двигателя (нелинейный преобразователь 2НП). Для индикации натяжения в схеме предусмотрен блок деле
ния БД и индикатор натяжения ИН.
5.О ВЗАИМОСВЯЗИ РЕГУЛЯТОРОВ СИЛЫ ТОКА
ИЭ. Д. С. В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ МОТАЛКОЙ
Система управления моталкой с регулированием на тяжения по косвенным параметрам состоит, как это установлено выше, из регуляторов: регулятора тока яко ря с воздействием на регулируемый источник питания якорной цепи и регулятора э. д. с. двигателя, воздейст вующего на управляемый источник питания обмотки воз буждения двигателя. В настоящее время получило при менение зависимое от напряжения регулирование пото ка двигателя, при котором поток двигателя меняется в процессе разгона (торможения) стана, следовательно, быстродействие регулятора э. д. с. должно быть сущест венно выше, чем при применявшихся ранее системах. Это
144
вынуждает проводить анализ регуляторов тока и э. д. с. с учетом их взаимосвязи через двигатель — объект регу лирования.
Двигатель постоянного тока может быть описан сле
дующими |
уравнениями |
(все величины, кроме |
базовых и |
|||
постоянных времени, в относительных единицах): |
|
|||||
со = - |
L (//7Д - тс); |
|
|
|
(118) |
|
РТЫ |
|
|
|
|
|
|
/"д = |
;„ф; |
|
|
|
|
(119) |
ел — соср. |
|
|
|
|
(121) |
|
|
со— угловая скорость двигателя; |
|
|
|
||
№д, тс— |
моменты двигателя и сопротивления; |
|
||||
|
i„— |
сила тока якоря двигателя; |
|
|
|
|
|
ср— поток возбуждения; |
|
|
|
||
|
ия— |
напряжение питания; |
|
|
|
|
|
е д — э . д. с. двигателя; |
|
|
|
||
|
Ты—механическая |
постоянная времени |
(/ — мо |
|||
|
|
мент инерции, QH И Ми — скорость |
|
и момент |
||
|
|
|
. |
/й„ |
; |
|
|
|
двигателя номинальные), равная |
|
|
||
|
Т„ — постоянная |
времени якорной цепи |
|
{Ья — ин |
||
|
|
дуктивность |
якорной цепи), равная |
— . |
||
Коэффициент передачи якорной цепи |
|
Яя |
|
|||
|
|
|
||||
|
'я.нЯя |
|
|
|
|
|
|
Фн — номинальный поток двигателя; |
|
|
|
||
|
/„.„ — номинальная сила тока якоря; |
|
|
|
||
|
R„— |
сопротивления якорной цепи. |
|
|
|
|
За базовые величины приняты номинальные парамет ры двигателя; скорость, поток, сила тока якоря, крутя щий момент, а также начальный радиус рулона Rq. Па раметры двигателя при наличии редуктора приведены к валу моталки.
Для определения зависимости момента сопротивле ния от скорости двигателя должны быть учтены пара метры полосы как элемента системы регулирования на тяжения— опережение металла, в клети и упругость.
•10—433 |
145 |
Скорость полосы на выходе из клети vy = v0(l + S0 + AS),
где AS — приращение опережения от натяжения;
Avx = vx-vB(\ |
+ S0) = vBAS. |
Приращение опережения принято пропорциональным натяжению:
AS = аТ.
Разность скоростей полосы на выходе из клети и на окружности рулона:
"EQ и
где / — длина полосы от клети до моталки
Av = |
Avx |
+ |
Av, = |
vaa |
(1 + p — — ) T |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
\ |
vB aEQ! |
|
ИЛИ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T |
= |
Av |
Kn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i+pT„ |
|
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
|
Kn |
|
|
|
|
• |
П |
|
|
, |
|
I |
|
|
|
|
|
vBaEQ |
|
|
vaa |
|
|
||
а при переходе к относительным единицам получаем |
|
||||||||
|
- |
_ L . |
5 L £ . |
|
|
(122) |
|||
|
|
vBa |
|
|
Мн |
|
|
|
|
Так как |
|
MC?=RT |
|
|
|
||||
bv = RQ-vB(l |
|
|
+S0), |
|
|
||||
то имеем уравнение: |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Q |
_ |
1>в (1 + |
5о) |
(123) |
|
|
1 +ртп |
L |
|
R |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
Уравнения (118—123) образуют систему, соответствую щую структурной схеме рис. 83. Уравнение системы не линейное и с переменными параметрами, поэтому даль нейший анализ выполняем «в малом», принимая радиус рулона и скорость прокатки постоянными, и переходим к линеаризованной системе уравнений в приращениях, обозначая начальное значение каждой величины индек сом 0, а приращение — буквой А:
146
Асо = |
— - |
( Л / » д |
— Д / » с ) ; |
|
|
(124) |
||
А/77я = ф 0 |
Мп |
+ |
1 я 0 Аср; |
|
|
(125) |
||
At',, |
= |
Кя |
(АС/; — Ае |
|
|
(126) |
||
|
|
|
|
|||||
Д е д |
= |
ср0' Асо + |
со0 А ф ; |
|
|
(127) |
||
Д / п |
= |
J^IZ- |
Асо. |
|
|
(128) |
||
|
Совместное |
решение |
уравнений |
(124) и |
(128) дает |
|||
передаточную |
функцию |
двигателя |
моталки |
с полосой: |
||||
W = Дш |
|
1 + |
РТ„ |
|
(129) |
|||
|
|
|
|
|
г*К„[\+р |
|
|
|
Функция W в процессе прокатки изменяется в зави симости от скорости прокатки и радиуса рулона. На
X
1*РТя X
1
i ш
РТм-
1+РТп
Рнс. 83. Структурная схема объекта регулирования
рис. 84 изображены логарифмические амплитудные ха рактеристики функции W двигателя моталки стана 1200 с полосой сечения 0,25X735 мм при минимальном ра диусе рулона и различных скоростях прокатки.
Высокочастотная часть ЛАХ не зависит от скорости
•10* |
147 |
прокатки и совпадает с характеристикой двигателя без полосы 1 ; низкочастотная часть значительно зависит
от скорости прокатки, приближаясь при снижении ско-
Т
ростп к виду р —— .
г-Кп
Интересующей нас области совместной работы ре гулятор тока н э. д. с. соответствует скорость двигате ля выше основной, т. е. woo относительно высокая скорость прокатки, при
которой
Т
* п
В этом случае можно применять" упрощенную передаточную функцию:
-80 |
w= |
! |
, |
|
|
|
|
|
г2 / С П |
1 + |
Р |
A U a _ КАщ + Фъы) Д ф
А е |
Ik |
|
А 1 / , + ( 1 + р Г я ) |
( " Q + ^ ^ A c p . |
( 1 3 2 ) |
1 + рТя |
+ |
W% Кя |
1 + РТя |
+ Wcpl Кя |
|
148
Для учета взаимного влияния регулятора тока и э. д. с. обозначаем передаточные функции регулятора то ка якоря:
А'я
и регулятора э. д. с. двигателя (включая и цепь возбуж дения двигателя)
Urp .c |
(134) |
При одновременной работе регуляторов тока и э. д. с. из уравнений (131—134) получим зависимость тока яко ря от напряжения питания:
A t л = |
|
Кл |
|
_ |
А(/ я |
• |
^ |
|
Кя |
|
1+рТя-\ |
|
|
|
Кя |
|
|
1 |
(135) |
|
|
|
|
1 -Г Wp.,, G)„ 1 +
cu0
являющуюся передаточной функцией двигателя как объ екта регулирования тока якоря с учетом свойств полосы и влияния регулятора э. д. с. От обычно применяемой
передаточной функции якорной цепи • — выражение
1 +рТя
(135)отличается дополнительным звеном.
При идеальном регуляторе э. д. с. ( U ? P . e = ° o ) обес печивается поддержание заданной величины э. д. с. не зависимо от изменения скорости двигателя, и выражение
(135) принимает вид |
— . |
1 |
+ртя |
Аналогично получаем передаточную функцию двига теля в контуре регулятора э. д. с. с учетом полосы и влияния регулятора тока якоря:
Аед = со, |
1 |
со0 |
(136) |
1 |
|
|
|
|
1 + |
Г р - т 1 + Р г я |
|
49
также отличающуюся от обычно применяемой |
передаточ |
||||
ной функции too дополнительным звеном. |
|
|
|||
|
При идеальном |
регуляторе тока якоря |
(WP.T= |
со): |
|
Дф |
\ |
ш 0 |
/ |
|
|
|
Однако для станов холодной прокатки автомобильно |
||||
го листа и жести наибольшее численное значение вели чины ЦРфо/шо равно примерно 0,15 (на низких частотах при начальном диаметре рулона, минимальном сечении
полосы и номинальной |
скорости |
двигателя). |
Поэтому |
||
даже при максимальной |
силе тока якоря |
( i H 0 = 2 ) |
полу- |
||
чаемая с учетом звена |
поправка |
— l i i i L |
не |
превышает |
|
|
|
(00 |
|
|
|
2 дб и ею можно пренебречь. Тем более это справедливо |
|||||
при высоких частотах. |
|
|
|
|
|
Анализ выражений |
(135) и |
(136) показал, |
что на |
||
автономной работе каждого регулятора влияние пере
даточной функции |
двигателя с полосой W сказывается |
в заметном (в 2—3 |
раза) снижении на низких частотах |
коэффициентов передачи двигателя в контурах регули рования силы тока якоря и э. д. с. двигателя.
Тем самым обеспечивается некоторый запас устойчи вости регулятора. Этим объясняется известный по опыту наладки факт, что наложенный при заторможенном дви гателе регулятор тока якоря остается устойчивым в про цессе прокатки.
При совместной работе регуляторов тока и э. д. с. каж дый из них в своей полосе пропускания обеспечивает повышение коэффициента передачи двигателя в контуре
другого регулятора до величины соответственно |
и |
1 + |
рТя |
соо; т. е. регулятор э. д. с , обеспечивая поддержание по стоянной величины э. д. с. двигателя, тем самым сводит передаточную функцию двигателя в контуре регулиро вания тока якоря к передаточной функции только якор ной цепи. Соответственно этому регулятор тока, осуще ствляющий поддержание постоянной величины тока якоря несмотря на колебания потока двигателя, обеспе чивает этим получение передаточной функции двигателя в контуре регулирования э. д. с , равной озо-
При современных быстродействующих регуляторах то ка якоря и э. д. с. двигателя с частотами среза не ниже 25 1/с, как показал численный анализ для параметров
150
широкополосных станов прокатки автомобильного листа и жести, вполне допустимо применение простейших пере даточных функций двигателя: в контуре регулирования
тока якоря— -—, и в контуре регулирования
1 + рТ„
э. д. с. — шо и автономное рассмотрение данных регуля торов.
Это положение было экспериментально подтверждено при наладке электропривода моталки с зависимым регу лированием поля двигателя на стане 1200.
Таким образом, были получены передаточные функ ции двигателя моталки как звена регуляторов тока яко ря и э. д. с. двигателя с учетом свойств полосы и взаимо действия указанных регуляторов. Для большинства ста нов холодной прокатки возможно осуществлять расчет и наладку регуляторов тока и э. д. с. без учета их взаимо действия.
6. ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ПРИВОДА НАМОТОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Проведенные теоретические и экспериментальные ис следования электромеханической системы привода поз волили наметить направление новых разработок на пу ти к созданию более совершенных систем привода намо точных устройств. Как это следует из приведенных зависимостей и кривых, основным источником ошибок регулятора натяжения полосы, ограничивающим возмож ности привода, являются потери в редукторе и дви гателе, а также маховые массы этих элементов. Послед нее обстоятельство особенно убедительно подтверждает ся сведениями по приводу намоточных устройств трех типов двадцативалковых станов (табл. 9) .
В большинстве случаев у станов, предназначенных для прокатки тонких и тончайших лент, маховые массы двигателей и редуктора составляют более 75% от сум марного значения. Следовательно, при параметрической системе стабилизации натяжения полосы основная ошиб ка от динамической составляющей силы тока обуслов ливается маховыми массами указанных элементов при вода. Таким образом, если бы удалось источник мощ ности, в функции которой осуществляется управление процессом стабилизации натяжений полосы, разместить непосредственно на валу барабана моталки, то в этом
151