2.3.Принципы построения систем управления электроприводов намоточных устройств

Для регулирования натяжения полосы применяются системы прямого и косвенного регулирования.

В системах прямого регулирования измерение натяжения производится с помощью специальных датчиков. В настоящее время разработано несколько типов роликовых измерителей натяжения полосы. Принцип их действия основан на измерении усилия, оказываемого натянутой полосой на подрессорный ролик. В качестве чувствительного элемента используется сельсин, тензо- или магнитоанизатронный датчики. Системы регулирования натяжения прямого действия обеспечивают при относительной простоте высокую точность регулирования. Однако такие системы еще не получили достаточно широкого распространения на электроприводах отечественных станов. Это обусловлено следующими причинами:

1)отсутствием высоконадежных и стабильных датчиков натяжения;

2) более сложной стабилизацией системы, что обусловлено появлением в замкнутом контуре регулирования упругой полосы, имеющей свойства колебательного звена с малым демпфированием;

3)неблагоприятным влиянием эксцентриситета рулона.

В системах косвенного регулирования замеряется не натяжение, а параметры, косвенно связанные с натяжением. Практически все существующие косвенные регуляторы натяжения поддерживают в процессе намотки электромагнитную мощность двигателя , которая связана с натяжением полосы следующим соотношением

, (2.5)

где - линейная скорость намотки;

- к.п.д. привода с учетом всех потерь в двигателе и

механизме.

Из (2.5) , т.е. следует, что при неизменной скорости прокатки и постоянных долях потерь необходимо поддерживать на заданном уровне электромагнитную мощность двигателя моталки.

Так как = U I , то

; (2.6)

Здесь - напряжение и тока двигателя.

Из (2.4) следует , что при const и const , для сохранения постоянного натяжения полосы достаточно поддерживать постоянный ток в якорной цепи. Если учесть,

Что U=E + I r_я , то

; (2.7)

здесь r_я – сопротивление якорной цепи двигателя моталки.

В данном случае для поддержания постоянства натяжения ( при const и const ) необходимо поддерживать на заданном уровне э.д.с. Е и ток якоря I двигателя моталки.

В соответствии с изложенным возможны три способа косвенного регулирования натяжения полосы:

1)система с регулированием электромагнитной мощности (регулятор мощности) ;

2) система регулирования с замером тока якоря (статический регулятор тока);

3)система с регулированием тока и э.д.с. (астатические регуляторы тока и э.д.с.).

Первые две системы в последнее время не находят применения, что объясняется неудовлетворительным характером регулирования натяжения в зоне низких скоростей прокатки, и кроме того плохим использованием двигателя в схеме с регулятором мощности.

Преимущественное распространение получили системы с двумя регуляторами: регулятором тока, воздействующим на напряжение якоря, и регулятором э.д.с. с воздействием на поток возбуждения двигателя. Разновидностью такой системы является система, в которой роль регулятора э.д.с. выполняет регулятор, воздействующий на поток возбуждения в функции диаметра рулона.

В схемах однозонного регулирования скорости двигателя моталки в процессе намотки полосы на постоянной скорости ток в якорной цепи двигателя поддерживается практически постоянным при неизменных э.д.с. и напряжении на якоре. Постоянство э.д.с. поддерживается за счет усиления потока возбуждения по мере возрастания радиуса рулона, т.е. поток возбуждения двигателя изменяется прямо пропорционально радиусу рулона.

Поэтому в схемах с однозонным регулированием

,

где - минимальное и номинальное значения потока возбуждения;

- соответственно радиус барабана и максимальный радиус рулона.

В электроприводах моталок с двухзонным регулированием поддержания натяжения в полосе в первой зоне регулирования скорости воздействием на поток возбуждения производится аналогично. Во второй зоне регулирования скорости при неизменном ( номинальном ) потоке возбуждения и воздействия на напряжение якоря поддержание постоянства натяжения полосы достигается увеличением тока в якорной цепи двигателя пропорционально увеличению радиусу рулона

,

где - значение тока, поддерживаемые в якорной цепи двигателя в первой и второй зонах.

2.3.1. О точности регулирования натяжения полосы при применении косвенных регуляторов.

При косвенном регулировании для поддержания постоянства натяжения поддерживают постоянной электромагнитную мощность двигателя, а не усилие натяжения. Это обстоятельство вызывает отклонение натяжения от заданного значения, обусловлено следующими факторами:

1)непостоянством потерь в электроприводе и механизме, т.е. const;

2)дополнительным расходом мощности на изгиб полосы при намотке ( моменот на валу барабана моталки, необходимый для изгиба [3] ;

3)различием мощности, необходимой для намотки полосы в режимах установившегося движения, разгона и торможения стана.

Потери в электроприводе и механизме зависят от величины абсолютного натяжения, состояния смазки, скорости прокатки, массы рулона и других факторов, не поддающихся точному учету.

При больших абсолютных значениях натяжения электромагнитная мощность двигателя моталки намного больше мощности потерь, поэтому последняя не оказывает существенного влияния на точность регулирования. При малых абсолютных значениях натяжения электромагнитная мощность, необходимая на натяжение, оказывается соизмеримой с мощностью потерь, поэтому измерение потерь окажет существенное влияние на точность регулирования.

Последнее обстоятельство особенно важно на станах с широким сортаментом прокатываемого листа, в которых велик диапазон изменения абсолютных натяжений. В таких станах часто применяют много-двигательные приводы моталки и, в зависимости от величины абсолютного натяжения, электропривод работает с одним, двумя или тремя двигателями разной мощности. При этом неработающие двигатели не только отключаются от сети, но и отсоединяются от механизма моталки с помощью муфт. Это позволяет изменять потери в электроприводе при намотке с различным абсолютным натяжением, сохраняя примерно постоянной относительную долю потерь.

На станах с нешироким сортаментом прокатываемого листа часто составляющую потерь, зависящую от скорости вращения двигателя, компенсируют соответствующим увеличением задания на натяжение. Для этого производится экспериментальное измерение мощности потерь в электроприводе на холостом ходе на различных скоростях.

Дополнительный расход мощности на изгиб полосы также учитывается соответствующим увеличением задания на натяжение полосы в зависимости от профиля полосы.

При намотке полосы в режиме разгона стана электромагнитная мощность, развиваемая двигателем моталки, расходуется не только на создание натяжения, но и разгона электропривода, поэтому ток в якорной цепи двигателя

I = I_нат + I_дин,

где I_нат , I_дин – составляющие тока якоря, необходимые для создания натяжения полосы и разгон двигателя.

Соответственно натяжение полосы в режиме торможения стана создается не только за счет электромагнитной мощности, развиваемой двигателем моталки, но и динамической мощности, появляющейся при торможении, поэтому ток в якорной цепи двигателя

I = I_нат - I_дин.

Регулятор тока двигателля моталки стремится во всех режимах поддержать полный ток I на уровне I_нат . В результате этого составляющая тока якоря I_нат , а следовательно и натяжение в режиме разгона уменьшается, а в режиме торможения увеличивается.

Поэтому для сохранения постоянства натяжения в режиме разгона стана сигнал задания на входе регулятора тока должен увеличиваться на величину I_дин, а в режиме торможения – уменьшаться на величину I_дин. Эта задача решается узлом компенсации динамической составляющей тока.

Разгон и торможение моталки совместно со станом может потребоваться не только при разгоне стана в начале прокатки и торможении стана в конце прокатки рулона, но и при промежуточных технологических остановках стана или снижении скорости прокатки при пропуске сварных швов через стан. Во всех этих режимах разгон и торможение моталки производится при различных значениях потока возбуждения и диаметра рулона, поэтому изменение уставки регулятора тока должно быть зависимым от изменяющихся параметров электропривода моталки.

Динамический ток двигателя моталки определяется зависимостью

, (2.8)

где - суммарный момент инерции электропривода моталки;

- конструктивная постоянная двигателя;

- угловая скорость вращения;

Ф – поток возбуждения.

В (2.8) величины Ф, и / являются переменными, непрерывно изменяющимися в процессе намотки полосы.

Поток возбуждения двигателя изменяется пропорционально радиусу рулона

. (2.9)

При разгоне стана, обеспечивающем const ( - линейная скорость выхода полосы из последней клети стана), угловое ускорение стана

, (2.10)

где - ускорение двигателя моталки при максимальном радиусе рулона.

Суммарный момент инерции привода моталки

, (2.11)

где - момент инерции двигателя;

- момент инерции редуктора и барабана моталки;

- момент инерции рулона, приведенный к валу двигателя.

Текущее значение зависит от геометрических размеров рулона

. (2.12)

Здесь -средняя ширина полосы;

- удельный вес металла;

- передаточное число редуктора моталки;

- ускорение свободного падения тела.

Таким образом, все переменные при const могут быть выражены через один параметр – радиус рулона. Тогда выражение (2.8) с учетом (2.9 – 2.12) запишется в следующем виде [5]: . (2.13)

После преобразования (2.13) может быть представлено в виде

, (2.14)

где и - некоторые постоянные коэффициенты.

Зависимость имеет вид, изображенный на рис.2.2. Относительно большие значения I_дин при малых значениях обусловлены малым значением потока возбуждения и увеличенным ускорением электропривода. При росте радиуса рулона поток возбуждения растет, а ускорение падает. Это обуславливает снижение I_дин при увеличении радиуса рулона до некоторого значения. При дальнейшем увеличении радиуса преобладающее влияние оказывает увеличение момента инерции электропривода, пропорционального , что вызывает увеличение I_дин.