Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги из ГПНТБ / Солодухо Я.Ю. Автоматика электроприводов непрерывных станов горячей прокатки

.pdf
Скачиваний:
8
Добавлен:
29.10.2023
Размер:
5.12 Mб
Скачать

Динамическое 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

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ