книги из ГПНТБ / Солодухо Я.Ю. Автоматика электроприводов непрерывных станов горячей прокатки
.pdfДинамическое падение скорости |
19 |
Динамическое падение скорости при прокатке с образованием петли в некоторой степени благоприятно, так как способствует естественному образованию начальной петли при входе полосы
в клеть. |
с натяже |
П р о к а т к а с н а т я ж е н и е м . Для прокатки |
|
нием обычно желательно (как было показано в гл. I) |
применять |
двигатели с мягкой характеристикой. Однако в этом случае при входе полосы в валки возникает дополнительное натяжение при уменьшении скорости от холостого хода до скорости прокатки (рис. П-З, а).
Рис. П-З. Характер изменения скорости 'Прокатки:
о — апериодический: б — колебательный
Объективные данные о роли этого натяжения отсутствуют. Принято считать его нежелательным. Однако можно думать, что
внекоторой степени дополнительное .натяжение полезно, так как обеспечивает меньшее утолщение переднего конца полосы, полу чающееся при прокатке с натяжением, о чем говорилось выше,
вгл. I. Установлено, например, что на полосовых станах утолще ние переднего конца полос вообще может отсутствовать. Это можно объяснить благотворным действием импульсных натяже ний в переходных режимах в каждой клети.
С в о б о д н а я п р о к а т к а |
или п р о к а т к а |
б е з |
о б |
|||
р а з о в а н и я п е т л и и |
без |
н а т я ж е н и я . |
Прокатка |
без |
||
образования петли и без натяжения (более правильно, |
с образо |
|||||
ванием очень малой петли и очень малым натяжением) |
жела |
|||||
тельна для чистовых клетей |
сортовых станов. |
В этом |
случае |
требуется минимальная величина статического падения скорости, минимальная величина динамического падения скорости и высо кое быстродействие.
Для предотвращения образования петли операторы на некото рых мелкосортных станах, оснащенных несовершенными регуля-
2*
20 |
Ударное приложение нагрузки |
торами, при захвате каждой полосы повышают скорость послед ней клети, а затем после захвата снижают ее до нормальной.
В ряде случаев удается избежать ручного вмешательства, если заготовки задаются в стан без разрыва. Так как скорость клети при выходе заготовки при сбросе нагрузки кратковременно повы шается и превосходит скорость прокатки, примерно равную скороста холостого хода, то захват следующей заготовки происходит
при повышенной скорости.
Рис. II-4. Желательный вид кривой зависимости скорости (п) от тока
(/) при свободной прокатке
Для облегчения работы опера тора желательно, чтобы привод при холостом ходе работал с по вышенной скоростью. Скорость прокатки должна при этом под держиваться с высокой точностью. Этим требованиям отвечает ха рактеристика двигателя, пред ставленная на рис. П-4. Ее уча сток 1—2 — наклонный, участок 2—3 параллелен оси абсцисс.
2. Влияние параметров электропривода на величины динамического падения скорости и петли
А. Динамическое падение скорости при питании двигателя от сети и отсутствии регуляторов скорости
Рассмотренный ранее физический процесс, связанный с удар ным приложением нагрузки, характеризуется следующими двумя дифференциальными уравнениями равновесия электрической.це пи якоря двигателя и механической системы электропривода:
Uc = C ^ n + I R a + L - ^ - ,
GD2 |
dn = М — МС, |
375 |
dt |
где Uc — напряжение сети; |
/ — ток; |
сопротивление якорной цепи; |
|
Дя — омическое |
||
Ф — поток; |
|
|
п — скорость; |
двигателя; |
|
Се — постоянная |
||
L — индуктивность якорной цепи; |
||
GD2— суммарный |
маховой |
момент привода; |
М — момент двигателя; |
нагрузки. |
|
Мс— статический момент |
(П-3)
(П-4)
Влияние параметров привода на величины, падения скорости и петли 21
Решая эти уравнения, получаем функцию, определяющую ха рактер переходного процесса
Т |
Се См Ф2 |
|
GD2 |
|
|
|
|
|
|
375 |
|
|
“ / ( т Н ’ - т г ■ |
<1М > |
где Т = —----- электромагнитная постоянная времени якорной
R*
цепи;
о |
GD"Ra |
Ен |
|
|
|
|
о = |
-------- 3— = |
---------- |
------- — электромеханическая постоян* |
|||
|
375СеСмФ* |
375 Мн |
|
* |
|
|
ная привода; |
|
|
|
|
|
|
|
/ н — номинальный |
ток; |
|
|
||
|
£„ — номинальная э.д.с.; |
|
|
|||
|
пн— номинальная |
скорость; |
|
|
||
|
Мн— номинальный |
момент двигателя; |
|
|||
|
Си — постоянная двигателя. |
то процесс |
апериодический} |
|||
Если у вещественное |
число, |
|||||
если у мнимое число, то процесс колебательный. |
|
|||||
Значение у = |
0 является границей апериодического и колеба |
|||||
тельного процессов. |
|
определить условия |
апериодического |
|||
Исходя из этого, можно |
||||||
процесса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
— |
> 0 , |
|
|
|
2Т |
Г0 |
|
или —— < 0,25,
0
иколебательного процесса
-f > 0,25.
Величина отношения электромагнитной постоянной времени якорной цепи Т к электромеханической постоянной привода 0 определяет величину отношения динамического падения скорости
к статическому падению. |
|
|
Анали |
На рис. II-5 эта зависимость изображена графически. |
|||
тические выражения |
Д пл = f (Т, 0) и. -А ”д = |
© |
(Т , 6), |
|
Д пс |
рассматри- |
|
приведенные в руководствах по электроприводу [10],, |
22 Ударное приложение нагрузки
вать не |
будем. |
Характер колебательного процесса, возникаю- |
щего при |
Т |
0,25, зависит от величины 0 и Т. Первая влияет |
— > |
||
|
0 |
|
на частоту колебаний, а вторая-— на время затухания. |
||
Рассмотрим влияние параметров привода на характер пере |
||
ходного |
процесса. |
|
С о п р о т и в л е н и е я к о р н о й цепи. Сопротивление якор |
||
ной цепи |
R„ способствует гашению энергии и затуханию колеба |
|
ний. Увеличение |
R a приводит, однако, к возрастанию статиче |
ского падения скорости. Если это недопустимо или нежелательно,
Рис. II-5. |
Отношение |
ударного |
падения |
|
скорости к |
статическому |
/ Д «д\ |
* |
|
~ ----- |
в функ- |
|||
|
|
|
V^ • |
|
ции от отношения электромагнитной по |
||||
стоянной к электромеханической |
[38].* |
|||
А — зона апериодического |
процесса; |
Б — зона |
||
|
колебательного |
процесса |
|
|
то необходимо уменьшить величину |
R„, что приводит к колеба |
|||
тельному процессу. В тех случаях, |
когда приходится снижать R„, |
необходимо применять специальные меры для уменьшения отно шения динамического падения скорости к статическому.
И н д у к т и в н о с т ь я к о р н о й цепи. Уменьшение индук тивности якорной цепи приводит к снижению в запаздывании на растания тока в якорной цепи. Это уменьшает динамическое па дение скорости и время затухания колебаний.
М а х о в о й моме нт . Увеличение махового момента умень шает величину динамического падения скорости, однако увели чивает время восстановления скорости. Увеличение махового мо мента по-разному сказывается на длине петли или на величине сжатия в зависимости от величины сопротивления якорной це пи R„: при сравнительно больших значениях R„ увеличение ма хового момента эффективно, при малых значениях Rя влияет мало.
Влияние параметров привода на |
величины падения скорости и петли 23 |
С к о р о с т ь д в и г а т е л я . |
Увеличение основной скорости |
прокатного двигателя (при постоянной мощности и напряжении) приводит к уменьшению махового момента. Электромеханическая постоянная двигателя 0 при этом возрастает, что приводит к уменьшению динамического падения скорости. Последнее можно объяснить тем, что запас накопленной кинетической энергии воз растает пропорционально квадрату скорости и перекрывает уменьшение махового момента.
Для снижения динамического падения скорости непрерывные станы рекомендуется оборудовать высокоскоростными двигате лями [38, 31, 14].
Рас. П-6. Зависимость ударного падения скорости от размеров двигателя [38]:
К § — объемный показатель, пропорциональный D2l двига теля (D — диаметр якоря, / — длина як о р я );К 5 =* I соот ветствует двигателю нормального исполнения
Для американских двигателей построены кривые,, приведен ные на рис. П-6, из которых видно, что с ростом скорости удар ное падение скорости уменьшается [38].
П р и м е р . Динамическое |
падение |
'скорости двигателя |
мощностью |
|||
1000 |
л. с. с основной скоростью 200 об/мин, |
нормального исполнения ( K s ~ |
||||
= 1 |
«а рис. П-6) равно |
5,5°/о; |
динамическое |
падение скорости |
двигателя |
|
1000 |
л. с. с основной |
скоростью 300 |
об/мин, нормального |
исполнения |
равно 4,7%.
Б. Применение регуляторов скорости при питании двигателей от сети
При питании двигателей от сети, т. е. от общих шин, автома тическое регулирование скорости можно осуществить либо в цепи якоря с помощью бустер-генераторов, либо воздействием на по ток возбуждения двигателей.
24 |
Ударное приложение нагрузки |
На рис. II-7, а изображена упрощенная схема с бустер-гене ратором. Эта схема разработана и экспериментально проверена на макете Центральным конструкторским бюро (ЦКБ) Электро привод в 1949 г.
а
Рис. П-7. Регулятор скорости с бустер-генератором, электромашинным усили телем и сериесным трансформатором:
а упрощенная схема; б — расчетные кривые |
скорости п |
и |
тока I двигателя |
мощ* |
|
ностыо 125 кет при работе без регулятора и |
с |
регулятором; |
Д — двигатель; Б — бустер- |
||
генератор; ТС —- сериесный трансформатор; |
ЭМУ — электромашинный усилитель; |
ТГ — |
|||
гахогенератор; ОВЬ — обмотка возбуждения |
бустер-генератора; I |
и У /— обмотки управ |
ления ЭМУ; UQ— задающ ее напряжение
На рис. П-7, б приведены расчетные кривые изменения ско рости и тока в схеме с бустер-генератором при работе с регулято ром и без регулятора. Из этих кривых видно, что регулятор
Влияние параметров привода на величины падения скорости и петли 25
уменьшает статическое падение скорости на 40% и динамиче ское— на 26%.
Экспериментальные исследования регулятора показали, что скорость нарастания тока двигателя при применении регулятора увеличилась втрое, динамическое падение скорости уменьшилось примерно вдвое, время восстановления скорости составило при мерно 0,15 сек., т. е. результаты оказались лучше расчетных дан ных.
Значительное увеличение скорости нарастания тока в рас сматриваемой схеме достигнуто применением сериесного транс форматора ТС, первичная обмотка которого включается в якор ную цепь двигателя. Вследствие этого регулятор реагирует не только на отклонение скорости, но и на изменение тока двига теля.
Описанная схема была разработана ЦКБ Электропривод для редукционных и калибровочных трубопрокатных станов. Эти ре гуляторы в настоящее время не применяют, так как испытания показали, что качество труб получается удовлетворительным без работы регуляторов.
В связи с этим Всесоюзный трубный институт и Харьковское отделение ГПИ Тяжпромэлектропроект 1пришли к выводу, что на редукционных трубных станах старого типа регуляторы не требу ются. Можно предположить, что при прокатке с натяжением в станах нового типа, когда натяжение используется для регули рования толщины стенки трубы, регуляторы скорости, как ука зывалось в п. 5 гл. I, могут быть полезными.
Регулирование скорости двигателей изменением потока свя зано с преодолением значительной магнитной инерции обмотки возбуждения. Для получения требуемого быстродействия необ ходимо обеспечивать высокие форсировки.
Произведенные в 1954 г. в США расчеты с помощью элек тронных счетных машин показали, что применение быстродейст вующих регуляторов с электромашинными и магнитными уси лителями позволяет на многониточных проволочных станах при менять двигатели с нормальным маховым моментом [47, 53].
Особенно перспективным является ионное возбуждение дви гателей (с инвертированием), которое в настоящее время начи нает получать большое распространение. Исследования и испы тания, .произведенные по этому поводу Ленинградским проект но-экспериментальным отделением ГПИ Тяжпромэлектропро ект, дали положительные результаты. Расчеты и эксперименты показали, что время восстановления скорости после ударного приложения нагрузки составляет около 0,3—0,6 сек. Этот ре гулятор более подробно описан ниже в п. 3 гл. V.
1 С 1958 г. преобразовано в УюрГПИ Тянатро'МЭлакт|рап1роект.
26 |
Ударное приложение нагрузки |
В. Блочная схема питания двигателей
Рассмотрим нашедшую широкое распространение схему ■блочного питания двигателя от ртутного выпрямителя.
Проведенный в разделе А данного параграфа общий анализ влияния параметров системы на величину динамического паде ния скорости остается в силе и для блочной схемы. Однако этой схеме присущ ряд особенностей, сильно влияющих на требова ния, которые следует предъявлять к прокатным двигателям. Ес
ли при питании двигателя от сети уменьшение со противления и индуктивности якоря двигателя, а также увеличение махового момента при опреде
rpg ленных условиях дают большой эффект, то при блочной схеме питания двигателя от ртутных вы прямителей этот эффект значительно ослабляется.
а) Уменьшение сопротивления якоря двигателя
При питании двигателя от сети омическое со противление сети относительно невелико. Поэтому суммарное сопротивление всей якорной цепи мало отличается от сопротивления якоря двигателя.
®ли лей от ртутных выпрямителей (РВ) сопротивПри блочной схеме питания прокатных двигате
Рис. II-8. |
якоря двигателя составляет небольшую часть обще |
|||
го сопротивления якорной цепи системы трансфор |
||||
Схема блоч |
||||
ного |
пита |
матор— ртутный |
выпрямитель — двигатель. Это |
|
ния |
двига |
объясняется тем, |
что эквивалентное сопротивление |
|
теля от ртут |
ртутного выпрямителя относительно велико. Вслед |
|||
ного |
выпря |
ствие этого даже значительное уменьшение сопро |
||
мителя |
тивления якоря двигателя практически мало сказы |
|||
|
|
вается на суммарном сопротивлении якорной цепи. Рассчитаем эквивалентное омическое сопротивление контура
трансформатор — ртутный выпрямитель— двигатель |
для одно |
линейной схемы питания, изображенной на рис. П-8. |
Запишем |
уравнения напряжений: |
|
Ud. = Е„ + т я+ Д Unp+ Д £/, + Д Un + Д £/тр, |
(II-6) |
и ю = Ею + т я |
(11-7) |
Ud = Uдв + А £/,Пр» |
(П-8) |
где |
Ud — выпрямленное напряжение холостого хода (при ми |
|
нимальном непрерывном токе нагрузки); |
Влияние параметров привода на величины падения скорости и петли |
27 |
||||||||
|
Елв— э. д. с. двигателя; |
|
|
|
|
|
|
||
|
я — падение напряжения |
в якоре |
двигателя |
с учетом |
|||||
|
компенсационной обмотки и дополнительных полю |
||||||||
|
сов; |
|
|
|
|
|
и сглажи |
||
|
А t/np — падение напряжения в проводах, шинах |
||||||||
|
вающем дросселе; |
|
|
|
|
|
|
||
|
А t/д— падение напряжения в дуге; |
|
|
|
вы |
||||
|
EU п— падение напряжения |
от перекрытия анодов в |
|||||||
|
прямителе из-за индуктивности трансформатора и |
||||||||
|
сети; |
напряжения |
в |
активном |
сопротивлении |
||||
|
At/Tp— падение |
||||||||
|
трансформатора; |
|
|
|
|
|
|
||
|
t/дв— напряжение на клеммах двигателя; |
|
|
|
|||||
|
Ud — выпрямленное напряжение. |
|
|
|
|
||||
Рассмотрим |
в отдельности каждый член уравнения (П-6) и |
||||||||
выразим его в процентах от напряжения |
двигателя при номи |
||||||||
нальном токе. |
напряжения в якоре |
двигателя |
(сопротивление |
||||||
1. |
Падение |
||||||||
якоря двигателя Ra %) |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Д и я %= |
(7/?я) % = Ra % = |
- ^ 5- |
100% . |
(П-9) |
||||
|
|
|
|
|
U ДВ |
|
|
|
|
2. |
Падение напряжения в проводах (омическое сопротивле |
||||||||
ние проводов Япр %) |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
А £/пр % = ( I R J % = Rn? % = |
100%. |
(11-10) |
3.Падение напряжения в дуге АС/Д— величина постоянная, независящая от нагрузки (вернее, мало зависящая); примерно равно 20—25 в.
4.Падение напряжения от перекрытия в дуге из-за индук тивности трансформатора и сети (эквивалентное омическое со
противление, учитывающее перекрытие в дуге R„ %),
A Un% = (IRn) % = R n % = 4 ^ 1 ЮО %. |
(II-11) |
и ДВ
Для наиболее распространенного случая соединения вторич ной обмотки трансформатора по схеме «две обратные звезды с уравнительным реактором» [17]
А Е/п = 1,5 ° '5ю4 /о Ud,. |
(П*12) |
где ек — напряжение короткого замыкания трансформатора в процентах; 1,5 — средний коэффициент, учитывающий индуктивность внешней сети (см. «Металлические ртутные выпрямители». Технический справочник, ГЭИ, 1951, стр. 71).
28 |
Ударное |
приложение нагрузки |
|
|
|
|||
Подставляя (П-12) в (П-11), получаем |
|
|
|
|
||||
|
AUn % = (IR„) % = Rn % = 0,75ек% |
• |
. |
(II-13) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
С/ди |
|
5. |
Падение напряжения в трансформаторе (омическое сопр |
|||||||
тивление трансформатора в процентах) |
|
|
|
|
||||
|
А Утр % = (I RtP) % = Rrp % |
= |
Д Утр |
|
100%, |
(11-14) |
||
|
УДВ |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛАхр = Рм % pd |
_ |
Рм % Ud [17], |
(II-15) |
||||
|
|
\00Iа |
|
100 |
|
|
|
|
где |
выпрямленная |
мощность; |
|
|
|
|
||
Ры% — потери в меди трансформатора в процентах от Ра. |
||||||||
Подставляя (Н-15) в (II-14), получаем |
|
|
|
|
||||
|
А Утр % = ( / RrP) % = RTP % = Рм % • - jj* - . |
(IM6) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
/ДВ |
|
Эквивалентное омическое сопротивление |
контура трансфор |
|||||||
матор— выпрямитель — двигатель |
запишется следующим обра |
|||||||
зом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
R, % = Rя % + Rnp % + R п % + |
Ятр% = |
R* % + RпР % + |
||||||
|
|
U |
|
|
и„ |
|
|
(11-17) |
|
+ 0,75 ек % ■ и dQ |
-Рм % |
U |
|
|
|||
|
|
дв |
|
|
ДВ |
|
|
|
Уравнение (П-6) с учетом R9 можно записать: |
|
|||||||
|
У<1о= |
Адв + |
IRa + А АД| |
|
|
(II-18) |
||
где ДАд^ const — падение напряжения в дуге. |
|
|
||||||
Если номинальный ток двигателя /дв |
не равен номинальному |
|||||||
току трансформатора /тр, |
то |
41Tp f\ |
|
|
|
|
||
|
R9 % = Rn % + RnP % + |
|
|
^дв |
+ |
|||
|
|
|
^ - |
0,75 ек% • |
||||
|
|
|
Ud |
\ |
|
|
|
(11-10) |
|
+ Pu % • - — ). |
|
|
|
||||
|
|
|
^дв / |
|
|
|
|
|
При |
расчете эквивалентного |
сопротивления |
R э % |
по (П-17) |
||||
или (II-19) значение э. д. с. Udo |
|
следует определять при угле |
||||||
запаздывания зажигания |
а = 0 независимо от |
действительного |
значения этого угла. Последнее объясняется тем, что абсолютная величина падения напряжения от перекрытия в анодах из-за ин дуктивности трансформатора для заданного значения тока не