Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала
Изобретение относится к намоточно-размоточному оборудованию. Цель изобретения - повышение точности регулирования натяжения. В устройстве в качестве задающего сигнала для контура косвенного регулирования натяжением используется сигнал, пропорциональный линейной скорости материала, в качестве корректирующих задание сигналов используются сигналы, пропорциональные угловой скорости электродвигателя наката и тормозного генератора раската, а в качестве сигнала обратной связи - сумма напряжений, снимаемых с двух элементов общей якорной цепи. Все перечисленные сигналы алгебраически складываются и определяют величину момента, развиваемого тормозным генератором для создания натяжения. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК и 4 В 65 Н 77/00
ВСЕОЮ,"1И rI
Пате!!! з; !., :AH
Е. Ь ;3
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4219327/31-12 (22 ) 31. 03. 87 (46) 07.09.89. Бюл. № 33 (71) Северо-Кавказский горно-металлургический институт (72) B. Г. Осипов (53) 677.074.12 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1151501, кл. В 65 Н 77/00, 1985. (54) УСТРОЙСТВО Д,г(Я РЕГУЛИРОВАНИЯ НАТЯЖЕНИЯ Д.г)ИННОМЕРНОГО
МАТЕР ИА. 1 А (57) Изобретс ние относится к намоточноразмоточному оборудованию. 11ель изобретения — повышение точности регулирования
Изобретение относится к намоточноразмоточному оборудованию. ! дель изобретения — повышение точности регулирования натяжения.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 и 3 — варианты подкл очения датчиков напряжений.
Устройство содержит накат 1 и раскат 2 материала (полотна) 3, кинематически связанные с электродвигателем 4 и тормозным генератором 5. Датчики 6 и 7 угловой скорости электродвигателя 4 наката и тормозного генератора р, а также датчик 8 скорости (линейной) наката выполнены, например, в виде тахогенераторов. Регулятор 9 скорости через согласующий усилитель 10 соединен с обмоткой 1! возбуждения электродвигателя 4. Выход датчика 8 соединен с одним входом элемента 12 сравнения, другой вход которого подключен к выходу задатчика 13 скорости наката, а выход к входу регулятора 9. Элемент 14 сравнения своими входами связан с выходом звена 15 согласо„„BU„„1505875 д 1
2 натяжения. В устройстве в качествс задаюшего сигнала для контура косвенного регулирования натяжения используется сигнал, пропорциональный л и нейной скорости м итериала, в качестве корректирующих задание сигналов используются сигналы, Ilpo орциональные угловой скорости электродвигателя наката и тормозного генератора раската, а в качестве сигнала обратной связи — сумма напряжений, снимаемы с двух элементов обшей якорной цепи. Все перечисленные ые сиги а lhl ал гебра и чески складываются и определяют величину момента, развиваемого тормозным генератором для создания натяжения. 3 ил. вания, входом соединенного с вы%одом датчика 8, с выходом согласук>шего усилителя 16, входом связанного с выходом датчика 6, с выходом согласуюшего усилителя li, входом подключенного к выходу датчика и с выходами датчиков 18 и 19 напряжения.
Выход элемента 14 сравнения через регx.Iÿтор 20 натяжения и согласуюший уси.IHтель 21 соединен с обмоткой 22 возбуждения генератора 5. Якоря электродвигателя 4 и генератора 5 включены последовательно и связаны с вентильным преобразователем 23, работаюшим в режиме независимого источника тока.
Датчик 18 может быть подключен к якорю электродвигателя 4, а датчик 19 -- к якорю генератора 5. Во втором варианте датчик 18 может быть подключен к зажимам преобразователя 23, а датчик 19 — к якоркз генератора 5. В третьем варианте, который тождественен второму, датчик 18 подключен к зажимам преобразователя 23, а датчик 19-к якорю электродвигателя 4.
1505875 (2) 1À » 7 » — p Rp (5) (7) Устройство разом.
Регулирование скорости перемотки осуществляется путем воздействия на ток возбуждения, а значит и на момент электродвигателя 4 наката. При этом сигнал задания линейной скорости, поступающий от задатчика 13, сравнивается в элементе 12 сравнения с сигналом обратной связи, поступающим от датчика 8 скорости наката. Полученный в результате сравнения разностный управляющий сигнал поступает на вход регулятора 9 скорости, который через согласующий усилитель 10 воздействует на ток обмотки 11 возбуждения электродвигателя 4 наката. Так как ток якорной цепи остается неизменным, момент электродвигателя 4 наката однозначно определяется током его возбуждения, т. е. с увеличением тока возбуждения момент двигателя растет, а с уменьшением — снижается, что и позволяет регулировать линейную скорость материала.
Регулирование натяжения осуществляется по косвенному параметру путем воздействия на магнитный поток, а значит и на момент тормозного генератора 5. При этом в элементе 14 сравнения производится алгебраическое суммирование сигнала задания, поступающего от датчика 8 скорости наката через звено 15 согласования, корректирующих задание сигналов, поступающих от датчиков 6 и 7 угловых скоростей соответственно электродвигателя 4 и тормозного генератора 5 через согласующие усилители 16 и 17, а также двух сигналов обратных связей по напряжению, поступающих от датчиков 18 и 19 напряжения.
Полученный в результате суммирования в элементе 14 сравнения сигнал поступает на вход регулятора 20 натяжения, который через согласующий усилитель 21 воздействует на ток обмотки 22 возбуждения тормозного генератора 5, а следовательно, и на развиваемый им момент. При этом предлагаемая структура обратной связи по сумме напряжений двух элементов силовой цепи, а также структура цепей коррекции задающего сигнала в контуре (косвенного) регулирования натяжения позволяет полностью устранить отрицательное влияние на точность регулирования натяжения как температурных изменений сопротивления якорей электрических машин, так и моментов холостого хода на их валах.
В предлагаемом устройстве для возможно более полного использования установленной мощности силового электрооборудования в качестве электродвигателя 4 наката и тормозного генератора 5 раската должны быть применены одинаковые электрические машины, а это обеспечит равенство их якорных сопротивлений и примерное равенство моментов холостого хода.
Возможны три сочетания подключения датчиков напряжения к элементам силовой схемы.
Для первого, когда датчики 18 и 19 напряжения подключены соответственно к якорям электродвигателя 4 и генератора 5, сумма напряжений якорей тождественно равна сумме их ЭДС, поскольку падения напряжения на якоре каждой машины будут равны по величине и направлены встречно в связи с тем, что равны их сопротивления и по ним протекает один и тот же ток, которыЙ при одинаковых условиях охлаждения вызывает одинаковый их нагрев, т. е.
UN + Up — — U» — Ря + Up+7Й =Е +Ер, (1) где U,, Up — соответственно напряжения на якоре двигателя 4 наката и генератора 5 раската;
E„ Š— соответственно ЭДС двигателя 4 наката и генератора 5 раската; — сопротивление якорей электрических машин; ! — ток, протекающий по якорной цепи.
В установившемся режиме перемотки натяжение полотна со стороны наката может быть выражено как
М» — М К Ф, — М.
R или со стороны раската
М,,— М,, КФ, — М„
Rp Rp где Т вЂ” натяжение полотна;
М., M — — соответственно электромагнитные моменты двигателя 4 наката и генератора 5 раската;
Мц момент холостого хода на валах наката и раската;
К -- конструктивный коэффициент электрических машин;
Ф„, Поскольку (2) и (3) выражают одну и ту же величину, К Ф» имеет следующий вид: К Ф = — (— (К Ф, 7+М<;)+Мо). (4) 1 Учитывая, что линейная скорость V noioxva может быть выражена через угловые скорости и радиусы рулонов наката и раската как записывают выражения для ЭДС (Е) двигателя 4 и тормозного генератора 5 (Ер) E. Ê cD» .ю»=К Ф. (6) К Ер — — K ° Ф р ° (Ор — — К ° Ф р г г — Rp. 1505875 раскрытия скобок членов получают м 2 И„ (9) 1О Т=2 К. К /, (14) Kg, Кз (15) М» +— Из (1) с учетом (6) и (7) вытекает, что (8) Подставив (4) в (8), получают КФ вЂ” КФ / М р w (- (- ° — 1l г2 КФ Мю Rp I R Rp Сумма напряжений якорей электродвигателя 4 и генератора 5 автоматически поддерживается на уровне U» +UpK 1K ) "л + К2 ом Кз зр), (10) Ь» +Бр где К„= — коэффициент передачи (/з контура косвенного регулирования натяжения (U — напряжение задания, снимаемое с выхода звена 15 согласования); Ki= — — коэффициент пропорциоV нальности между задаю- 25 щим напряжением и линейной скоростью полотна (величина этого коэффициента определяет заданный уровень натяжения, а регулируется при ЗО помощи звена 15 согласования); — коэффициенты приведения угловых скоростей наката и раската соответственно к входам уз- 35 ла 14 сравнения (регулируются посредством регулирования коэффициентов усиления усилителей 16 и 17). С учетом (5), (10) примет вид U„+ U K„ l „(K + — — — ). /х К: R» Rp Приравняв правые части (9) и (11), решают полученное уравнение относительно 45 К Ф Х(— + — )). 1 1 В Rp (12) 50 Подставляя (12) в (3), получают )ср T / RplK 1Ki+ — ) — — (— + — )) Я Р Окончательно после и приведения подобных 7= .K„К /+К" К 2 " 2R» К..К / N. 2. R, 2.Rp Из (13) следует, что при условии /= =const для устранения влияния на натяжение полотна моментов холостого хода на валах наката и раската необходимо и достаточно подобрать коэффициенты Кг и Кз так, чтобы были равны числители второго и третьего, а также четвертого и пятого членов (13). И в этом случае натяжение полотна в установившемся режиме перемотки определяется как т. е, при постоянных значениях тока якорной цепи и коэффициента К„величина натяжения однозначно определяется значением коэффициента передачи звена 15 согласования, который может изменяться от нулевого до максимального значения, что и обеспечит в предлагаемом устройстве регулирование натяжения от нулевого до максимального. Как следует из приведенных выражений (13) и (14), температурные отклонения сопротивленийий я корей электрических маши н на точность регулирования натяжения не влияют, поскольку указанные сопротивления в эти выражения не входят, что и подтверждает достижение поставленной в изобретении цели. При втором возможном сочетании подключения датчиков напряжения, когда датчик 18 подключен к зажимам вентильного преобразователя 23, а датчик 19 — к якорю тормозного генератора 5, для достижения поставленной цели нужно, чтобы в элементе 14 сравнения масштаб сигнала, поступающего от датчика 18, был вдвое больше, чем поступающего от датчика 19. Этого можно добиться, установив коэффициенты передачи датчиков )8 и 19 в соотношении 1:2, Мощность, передаваемая из вентильного преобразователя 23 в якорную цепь, расходуется на покрытие тепловых потерь в якорях электрических машин и потерь холостого хода, поскольку сам процесс перемотки энергетических затрат не требует, ведь мощность, потребляемая для этой цели двигателем 4 наката, возвращается в якорную цепь генератором 5 раската. Или иначе Р=2 / Р»+Мо(о)н+шр), а напряжение на выходе преобразователя 23 равно Л//=2 / R,+ (— — — ). (16) 7 К» Rр Если сложить напряжение на якоре тормозного генератора 5 и половину напряже1505875 U„— ЛU=К. V, (К i+ — — ). (24) Приравнивая левые части (23) и (24), получают 5 (17) " " г„ K Ф» =R» К. (К + — *- )+ 7 ния на зажимах вентильного преобразова теля 23, то получают Мп V„3 f и р x(— 4- — ) ° (18) Rp Но по аналогии с (10) и (11) исходит U,+ — Л(/=К». Г (К + — — — ). (19) 1 - . К К е " л К я„ Приравнивая левые части (18) и (19), получают 15 (20 ) Формула изобретения Л1». 1„ = Ее+ — " (— + — ) Я, или с учетом (7) U + — ° ЛU=Г„° (— ч- х 2 " R. 2.I K <1> = R,(К (К + — — ) — — Х К, К 4. R» Rp 2 I Х(1/R„,+1/R,4. + — (- +-)) H. 2 I R» R„ (25) и после подстановки (25) в (2) и соответствующих преобразований 7.К К,+К„К, 7 К. К, 7 М. М 2R„2. R„ (26) Сравнение выражений (13), (21) и (26) показывает, что они идентичны, т. е. поставленная цель будет достигнута при любом сочетании подключений датчиков напряжений к двум элементам силовой цепи. (22) 45 и 2.I Ku или с учетом (6) получают U„— —. KU=l ((- + — )j (23) К 1 » М, Р 2 lй Р„ По аналогии с (19) получают Подставив (20) в (3) и выполнив соответствующие преобразования, получают К К, К К2 I К Кл I м р 2.R» 2 Rz + (21) Но (21) это то же самое, что и (13). При третьем сочетании подключения датчиков напряжения, когда датчик 18 подключен к зажимам преобразователя 23, а датчик 19 — к зажимам якоря электродвигателя 4, для достижения поставленной цели нужно оставить масштабы сигналов от датчиков 18 и 19 такими же, как и в предыдущем случае, но знаки этих сигналов сделать прот и воположн ы м и. Тогда по аналогии с (17) получают 40 » - - (. » я ()= .М„1„ .— г = — - — .I (R„ Устройство для регулирования натяжения длинномерного материала, содержащее электродвигатель наката и тормозной генератор раската, якори которых соединены последовательно и связаны с выходом вентильного преобразователя, датчик и задатчик скорости наката, через первый элемент сравнения и регулятор скорости подключенные к обмотке возбуждения электродвигателя наката, второй элемент сравнения, первым и вторым входами соединенный соответственноо с выходами датчиков скорости наката и угловой скорости тормозного генератора раската, а выходом через регулятор натяжения — с обмоткой возбуждения тормозного генератора раската, и датчики напряжения, первый из которых подключен к зажимам якоря тормозного генератора раската, orëè÷àþùååãÿ тем. что, с целью повышения точности регулирования натяжения, оно снабжено датчиком угловой скорости электродвигателя наката, второй датчик напряжения подкпючен или к зажимам якоря электродвигателя наката, или к зажимам вентильного преобразователя, а выходы датчиков угловой скорости электродвигателя наката и напряжений подключены соответственно к третьему, четвертому и пятому входам второго элемента сравнения, 1505875 Фиг. Составитель Б. Кисин Редактор А. М от ыл ь Гекред И. Берег Корректор Т. Малец Заказ 5371,122 Тираж 532 Г!одписное БНИИПИ Государственного комитета но изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 (1роизводственно-издательский комбинат «Г!атент», г. Ужгород, ул. Гагарина. 10!
