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

устанавливаемые в машинном зале; в связи с этим отпала на­ добность в отдельных помещениях для ртутных выпрямителей, переборочных и системах приточно-вытяжной вентиляции.

Некоторым недостатком установок с ртутными выпрямителя­ ми является более низкий коэффициент мощности, чем у уста­ новок с двигатель-генераторами. Средневзвешенный коэффици­ ент мощности для регулируемых приводов с ртутными выпря­ мителями составляет 0,7—0,75. Применение синхронных двига­ телей для привода черновых клетей непрерывных станов, в мо­

применение на некоторых станах [48, 54] регулировочных транс­ форматоров (или автотрансформаторов) с переключением отпа­ ек как без нагрузки, так и под нагрузкой. Устанавливая эти трансформаторы перед трансформаторами ртутных выпрямите­ лей, обеспечивают снижение напряжения до 60%• Трансфор­ маторы ртутных выпрямителей избегают выполнять с отпайка­ ми на напряжение ниже 75% номинального.

2. Блочная и параллельная схемы питания двигателей

Существуют две схемы питания прокатных двигателей: блоч­ ная и параллельная. При блочной схеме каждый двигатель пи­ тается индивидуально от своего преобразователя. При параллель­ ной схеме все двигатели питаются от общих сборных шин, кото­ рые в ряде случаев секционируют. Блочная схема находит в пос­ леднее время все большее .применение, что объясняется следую­ щими ее достоинствами.

1.При блочной схеме может быть достигнуто меньшее время восстановления скорости, чем при параллельной схеме.

2.Диапазон регулирования скорости двигателей шире при блочной схеме. Последнее объясняется тем, что соотношение ско­

ростей в этом случае можно менять не только полем двигателей, но и якорным напряжением.

3. При блочной схеме осуществляется простой индивидуаль­ ный пуск двигателя каждой клети; уменьшаются токи короткого замыкания; облегчается ошиновка.

При проектировании непрерывных станов в настоящее время все чаще стремятся к полному использованию двигателей по среднеквадратичной мощности. В результате общая мощность

40 Системы питания и управления

преобразовательных агрегатов приближается к сумме установ­ ленных мощностей двигателей. Поэтому параллельная схема на­ чинает терять основное преимущество перед блочной схемой —

сокращение количества выпрямительных агрегатов. Сокращению количества

агрегатов также способству­ ет применение для питания прокатных двигателей без- ■насосных ртутных выпрями­ телей, характеризующихся высокой надежностью, что позволяет отказаться от ус­ тановки резервных агрега­ тов. В частности, ГПИ Тяжпромэлектропроект выпол­ нил в 1956—1957 гг. проек­ ты четырех непрерывных и полунепрерывных станов, для которых резервные вы­ прямительные агрегаты не предусмотрены.

Однако в некоторых слу­ чаях применение параллель­ ной схемы может дать зна­ чительную экономию. Это объясняется тем, что в шка­ ле номинальных токов, на которые выпускают ртутно­ выпрямительные агрегаты, имеются большие интерва­ лы. В связи с этим при вы­ боре агрегатов необходимо проводить технико-экономи­ ческий расчет вариантов.

У нас в СССР обычно применяют как блочную, так и параллельную схемы, при­ чем предпочтение отдают блочной схеме. Схема па­ раллельного питания нашла

наибольшее распространение в США, где к 1954 г. работал толь­ ко один непрерывный полосовой стан горячей прокатки с блоч­ ной схемой [43]. В 1955—1956 гг. в США начался переход от схем параллельного питания к блочным на непрерывных поло­ совых станах. Даже при реконструкции старых полосовых ста­ нов параллельную схему заменяют блочной [48].

питаются .от общего генератора или ртутного выпрямителя. Ин­ дивидуальное регулирование тока возбуждения каждого двига­ теля осуществляется плоским контроллером, реостатом или бу­ стер-генератором (вольтодобавочный генератор, рис. Ш-1).

Схемы с плоским контроллером и реостатом применяют для ручного регулирования поля двигателей ггри блочной и парал­ лельной схемах питания якорных цепей. Схему с бустер-генера­ торами используют для автоматического регулирования скоро­

стоянного тока, электромашинные усилители, экситроны, игни­ троны, тиратроны и магнитные усилители. Эти схемы, применяе­ мые как при блочной, так и при параллельной схемах питания якорей двигателей, характеризуются высокой экономичностью. Схемы индивидуального питания широко используют в СССР, ГДР и ФРГ.

4. Системы управления электроприводом

Система управления электроприводом включает в себя управление якорным напряжением и полем двигателя.

Существуют две основные системы: с независимым управле­ нием поля и зависимым. В первом случае изменение напряже­ ния якоря не оказывает влияния на поле двигателя, а во вто­ ром— поле двигателя изменяется в зависимости от якорного на­ пряжения. Систему с независимым управлением поля применя­

С и с т е м а с н е з а в и с и м ы м у п р а в л е н и е м п о л я д в и г а т е л я

На рис. II1-2, а изображена упрощенная скелетная схема рас­ пространенной системы управления прокатным двигателем с не­ зависимым управлением поля, впервые примененной в СССР в

1950 г. [28].

Двигатель Д питается от ртутного выпрямителя РВ, напря­ жение которого регулируется системой сеточного управления СУ. Скорость двигателя измеряется тахогенератором ТГ. На­ пряжение, снимаемое с потенциометра тахогенератора, сравни-

Ьл8

а

^6к8

Рис. Ш-2. Система управления прокатным двигателем с незави­

секции плоского контроллера; ТРВВ — трансформатор ртутного выпрями­ теля возбуждения двигателя; РВВ — ртутный выпрямитель возбуждения

двигателя; МУВ — магнитный усилитель

вается с задающим напряжением; разность напряжений подает­ ся на вход усилителя У, управляющего ртутным выпрямите­ лем. Регулятор поддерживает равенство этих напряжений. На­

ртутного выпрямителя должно оставаться неизменным. Поэто­ му напряжение, снимаемое с потенциометра тахогенератора, также должно оставаться постоянным при увеличивающемся напряжении тахогенератора. Это осуществляется с помощью второй секции плоского контроллера ПК-2. При .полном поле обе секции находятся в положении а (рис. 111-2,а), при полно­ стью ослабленном поле — в положении б.

Обмотка возбуждения двигателя .может питаться не от се­ ти, а индивидуально, например, от ртутного выпрямителя. В этом случае секция плоского контроллера ПК-1 включается в цепь управления ртутного выпрямителя (рис. Ш-2, б).

С и с т е м а с з а в и с и м ы м у п р а в л е н и е м п о л я д в и г а т е л я

Упрошенная скелетная схема системы с зависимым управ­ лением поля изображена на рис. Ш-З, а. Якорь и обмотка воз­ буждения двигателя питаются соответственно от ртутных вы­ прямителей РВ и РВВ. Пока напряжение якоря ниже 95% но­ минального, ртутный выпрямитель РВВ открыт полностью и ток

Рис. Ш-З. Система управления прокатным двигателем с зависи­ мым управлением поля:

■о — упрощенная скелетная схема; б — зависимость тока возбуждения /„

и скорости двигателя л от его напряжения (обозначения на схеме приняты такие же. как на рис. Ш -2)

44 Системы питания и управления

возбуждения двигателя номинальный. Если напряжение двига теля превышает указанное значение, ртутный выпрямитель РВВ начинает запираться и поле двигателя ослабляется. Пол­ ный диапазон изменения поля обеспечивается увеличением на­ пряжения двигателя в пределах от 95 до 100% номинального. Кривые зависимости тока возбуждения и скорости двигателя от напряжения изображены на рис. Ш-З, б. Связь поля двига­ теля с напряжением якоря осуществляется магнитным усили­ телем МУВ.

Первоначальное регулирование скорости при приложенииили сбросе нагрузки и петлерегулировании осуществляется из­ менением якорного напряжения, что приводит с некоторым за­ паздыванием к соответствующему изменению потока возбуж­ дения. Таким образом, требуемое быстродействие достигается кратковременным -изменением якорного напряжения, а регули­ рование скорости в статическом режиме— изменением поля двигателя при практически постоянном напряжении. Уставка скорости двигателя выбирается потенциометром СР.

С р а в н е н и е с и с т е м у п р а в л е н и я

Сравнение зависимой и независимой систем управления по­ лем двигателя проведено для схем с индивидуальным питани­ ем обмоток возбуждения от ртутных выпрямителей (см. рис. III-2, б и рис. Ш-З).

Недостатком системы с независимым управлением является необходимость применения сдвоенных реостатов ПК-1■и ПК-2. Для повышения коэффициента мощности, как это будет видно из дальнейшего, приходится даже применять строенные реоста­ ты, механически связывая ПК-1, ПК-2 и СР.

Таким образом, зависимая система является более простой с точки зрения применяемого оборудования, что является наи­ более существенным достоинством этой системы. В остальном обе системы примерно равноценны, что видно из нижеследую­

щего рассмотрения их свойств.

1. К а ч е с т в о р е г у л и р о в а н и я с к о р о с т и . Стати­ ческое падение скорости в обеих системах одинаково при усло­

чительное перенапряжение на якоре, так как ртутный выпрями­ тель будет стремиться полностью открыться. Например, на од­ ном стане при номинальном напряжении 600 в и пусковом токе двигателя, составляющем около 50% номинального, напряже­

ние при пуске достигало 720 в [35]. Перенапряжения можно лег­ ко избежать уменьшением темпа пуска путем применения токо­ вой отсечки или формирования пуска контуром RC.

В системе с независимым управлением поля пуск происхо­ дит с неизменным полем и перенапряжение невозможно.

3. Т о р м о ж е н и е . При усилении поля в системе с неза­ висимым управлением полем э. д. с. двигателя может превзой­ ти допустимые пределы, если темп нарастания потока возбуж­ дения больше, чем темп замедления двигателя под действием момента холостого хода. Чтобы исключить перенапряжение, для быстрого снижения скорости обычно применяют лодтормаживание двигателя путем подключения сопротивления динами­ ческого торможения. Автоматическое включение контактора динамического торможения осуществляется с помощью магнит­ ного усилителя и реле, срабатывающих как только э. д. с. дви­ гателя становится выше напряжения ртутного выпрямителя и исчезает ток в якорной цепи [67].

Перенапряжение можно также исключить, если перемеще­ ние траверсы плоского контроллера ПК-1 (рис. Ш-2) будет до­ статочно медленным.

дует применять и при зависимой системе управления полем для уменьшения времени снижения скорости с максимальной до ос­ новной с 2—3 мин. до 15—20 сек. Это существенно, например, для .полосовых станов, на которых переход с одного сортамента на другой может происходить без остановки стана.

4. И с п о л ь з о в а н и е д в и г а т е л я и к о э ф ф и ц и е н т м о щ н о с т и . Для наилучшего использования двигателей желательно при всех нагрузках вести прокатку при номиналь­ ном напряжении на якоре двигателя.

В системе с независимым управлением полем постоянство скорости при увеличении нагрузки двигателя достигается повы­ шением напряжения, которое компенсирует падение напряже­ ния в сопротивлении якорной цепи. При скоростях выше основ­ ной оператор может вести прокатку при номинальном напря­ жении двигателя, пользуясь раздельными аппаратами для ре­ гулирования напряжения и тока возбуждения двигателя. Для обеспечения работы с номинальным напряжением при различ­ ных нагрузках требуется изменять напряжение при холостом

ходе (рис. Ш-4, а).

В системе с зависимым управлением поля напряжение на двигателе при изменении нагрузки, как указывалось выше, оста­

ется примерно постоянным, но оно зависит от степени ослабле­ ния ноля: при максимальной скорости — напряжение номиналь­ ное, а при основной составляет 95% номинального (рис. III-4, б).

S

Рис. Ш-4. Зависимость напряжения на якоре двигателя от тока нагрузки:

поле), и =0,95—при основной скорости (полное поле)

Un

Таким образом, в системе с независимым управлением поля при всех скоростях, кроме максимальной, двигатель может быть лучше использован по напряжению, чем в системе с зави­ симым управлением.

Можно ожидать поэтому, что средневзвешенный коэффици­ ент мощности в системе с независимым управлением поля бу­ дет на 2—3% выше (снижение напряжения на 1% приводит к снижению коэффициента мощности также примерно на 1%Т

Однако наблюдения показывают, что коэффициент мощно­ сти в системе с независимым управлением поля в некоторых случаях значительно ниже, чем в системе с зависимым управле­ нием. Это объясняется тем, что операторы часто ведут прокат­ ку с ослабленным полем двигателя при пониженном напряже­ нии. Для исключения этого можно -применять механически свя­ занные реостаты, управляющие напряжением двигателя и его полем. Реостаты должны быть устроены так, чтобы ослабление поля начиналось после достижения номинального напряжения. На некоторых станах такие реостаты уже применяют [48].

ГЛАВА IV

СЕТОЧНОЕ УПРАВЛЕНИЕ РТУТНЫМИ ВЫПРЯМИТЕЛЯМИ

1. Особенности сеточного управления

Системы сеточного управления ртутными выпрямителями якорных целей прокатных двигателей непрерывных станов го­ рячей прокатки должны удовлетворять следующим требова­ ниям.

Для регулирования напряжения от 0 до 100% при индуктив­ ной нагрузке требуется изменять угол а от 90 до 0°.

При активной нагрузке для запирания ртутного выпрямите­ ля в отличие от индуктивной нагрузки угол запаздывания а должен превышать 90°. Выпрямленное напряжение определяет­ ся в этом случае по формуле

где т — число фаз.

На рис. IV-1, а представлена зависимость выпрямленного напряжения при холостом ходе от угла запаздывания зажига­ ния для случая, когда в цепи выпрямленного напряжения имеет­ ся достаточно большая индуктивность (кривая 7), -и для случая активной нагрузки (кривая 2) при схемах с шестифазнымипульсациями выпрямленного напряжения.

видно, что при индуктивной нагрузке и угле а = 90° выпрямлен­ ное напряжение равно нулю (горение анода при отрицательном напряжении объясняется наличием индуктивности), а при ак­ тивной нагрузке ртутный выпрямитель при угле а = 90° не бу­ дет заперт. Для запирания ртутного выпрямителя угол запаз­ дывания а должен составлять 120°.

В установках прокатных станов наибольшее распростране­ ние нашла схема выпрямления с уравнительным реактором, при

ключенном автомате двигателя выпрямленное напряжение бу­ дет составлять 50% полного напряжения.

В настоящее время в Советском Союзе эксплуатируется не­ сколько непрерывных прокатных станов, на которых при от­ ключении автоматов двигателей напряжение на ртутных выпря­ мителях составляет 300—400 в. На вновь проектируемых уста­ новках предусмотрено запирание ртутных выпрямителей при от­ ключении автомата, что осуществляется, например, исключени­ ем подачи отпирающих сеточных пиков.

2. В ы с о к о е б ы с т р о д е й с т в и е . Желательно, чтобы время реакции системы сеточного управления составляло не бо­

пыление сеток из-за ионного тока, появляющегося, если при го­ рящей дуге на сетку подается отрицательный потенциал. Завод «Уралэлектроаппарат» считает недопустимым применение систем сеточного управления с узким импульсом.

Вопрос распыления сеток пока недостаточно исследован.

4. К р у т и з н а н а р а с т а н и я о т п и р а ю щ е г о им­ п у л ь с а . Для четкой фиксации момента зажигания ртутного выпрямителя крутизна нарастания отпирающего импульса дол­ жна составлять не меньше 20—25 в на электрический градус.