Устройство управления электроприводом обжимного реверсивного прокатного стана

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДИТИ1ЬСТВУ

С4йоз Соевтснми

Соцмалмстмиесюа

Рвслублмн

«» 671890 (61) Дополнительное к авт. свиа-ву (22) ЗаЯвлено 29.11.76 (21) 2430161/22-02 (51) М. Кл

В 21 В 37/00 с присоединением заявкй №вЂ” (23) Приоритет

1 евударетвеивыв каметет

СССР ве делам вэееретеввв н еткрытвй

Опубликовано05.07.79.Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 10,07.79 (53) УДК621.771.

2 0 68(088 8}

Р. Г. Мугацимов, Л. П. Смопьников, Н. И. Кпецкий и О. У. флейшман (72) Авторы изобретения

Минский радиотехнический институт и Магнитогорский метаппургический комбинат имени В. И. Ленина (71) Заявителю:

1 (54) УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИ Я ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ

ОБЖИМНОГО РЕВЕРСИВНОГО ПРОКАТНОГО СТАНА

Изобретение относится к устройству управпения эпектроприводом и может применяться дпя управпения мошными приво:дами, работающими с высокой частотой вкпючений и резкими припожениями нагрузок. В частности, устройство предназ- 5 начено дпя управпения главными эпектро,приводами обжимных реверсивных станов.

Наиболее 6пизким х изобретению по технической сушности и достигаемому ре=эупьтату явпяется устройство, содержашее 10 задатчик интенсивности с перекпючатейем и регулятором интенсивности, контур подчиненного регупирования с источником опорного напряжения узпа токоограничения, датчики скорости, тока и устройства торможения станом fl)

Однако известное устройство не искпючает местные перегревы обмотки якоря главного эпектройривода, обусповпенные частыми статическими и динамическими перегрузками. Это ускоряет .процесс старения изоляции и снижает срок сцужбы электрической машины.

Кроме указанного, известное устройство управпения не регупирует эквивапентный (среднеквадратичный} ток эпектроприводов. Производйтепьность прокатного стана и загрузка его эпектропривода по теппу при заданном режиме обжатий определяется искпючитепьно оператором и особенно тем, какое соотношение между машинным временем н суммарной продопжитепьностью пауз за цикп прокатки он обеспечит. Откпонение этого соотношения от оптимального в одном случае ведет к перегреву эпектропривода, что недопустимо, а в другом — к недоиспользованию по теппу и снижению степени испопьзования прокатных двигатепей, что явно нежепатепьно.

11епью изобретения. явпяется искпючение местных перегревов обмотки якоря эпектропривода, снижение скорости старения ее изопяции и обеспечение оптимапьного соотношения между машинным временем прокатки и суммарной продопжительностью пауз дпя заданного уровня эквивалентного значения тока эпектропривода.

29, функциональный преобразоватепь 30, измеритель 31 эквивапентного тока.

Прокатный двигатепь 1 связан электрически с генератором 2 и механически с рабочим валком. 3 прокатного стана. В вапках 3 и 4 деформируется обрабатываемый материап (раскат) 5. Обмотки возбуждения генератора и двигатепя подкпючены соответственно к выходам возбудителей 6 и 7. Управляющими сигналами дпя возбудитепей явпяются выходные напряжения устройства 8 подчиненного регупирования.

Устройство 8 содержит контуры регупирования скорости, тока, напряжения, деления нагрузок между приводами верхнего и нижнего рабочих валков, узед токоограничения, а также может вкпючать контур редуцирования устойчивости технопогического процесса. Узел токоограничения имеет регупируемый источник опорного напряжения. Эпектропривод и система управпейия верхнего рабочего вапкв 4 прокатного стана на бпок-схеме не иэображеные

Входными сигнапами дпя устройства 8 подчиненного регупирования спужат выходы задатчикв 9 интенсивности, датчика 10 скорости, датчика 11 тока и датчика 12 напряжения. Задатчик 9 интенсивности снабжен церекпючающим устройством и регупятором интенсивности. К входу задатчика интенсивности:присоединены ручное задающее устройство 13 и программноэвдающее устройство 14. . Фотоапектрические концевые выкнючатени 15 — 18, датчик 19 угпа поворота, бпок 20, фазовый дискриминатор 21 и репейный усилитель 22 с перекпючателем

23 образуют устройство торможения станом. Это устройство обеспечивает оптимальный процесс торможения эпектропривода с использованием работы прокатки.

При атом прокатываемый материап 5. выходит из зоны деформации с ойределенной скоростью, значение которой сможет задаваться оператором ипи устройством 14.

Блок 20 вырабатывает алектрический сигнал, изменяющийся по фазе и амплиту« де, соответствующий попоженйю конца прокатываемого материапа на интервапе пу- ти, отмеченном на чертежах через П .

Фазовый дискриминатор 21 преобразует выходное напряжение блока 20 в постоянное напряжение, попярность которого изменяется вместе с фазой входного напряжения. Его выходной csraaa сравнивается с сигналом Uz, в резупьтирующий снгнвп Uy является задающим для устройст671

Для достижения этой цели устройство упрввпения, содержащее задатчик интенсивности с перекпючатепем и регулятором интенсивности, устройство подчиненного регупирования с источником опорного напряжения узпа токоограничения, датчики скорости и тока, а также устройство торможения станом, дополнитепьно снабжено контурами регупирования аквивапентного ""тока и скорости старения изопяции элект- 10 ропривода. Выходной сигнал контура регулирования скорости старения изоляции, явпяющийся функцией мгновенной температуры обмотки якоря, путем воздействия на токоограничение обеспечивает оптимапь- 5 ный коэффициент перегрузки апектропривода. При этом искпючаются местные neper ревы обмотки якоря эпектрической машины и тем самым йовьпнвется надежноСть пос- педией. Выходной сигнвц контура регупиро-2О вания эквивапентного тока, явпяющийся функцией приращения эквивапеитного тока, автоматически, например от цикпа к циклу прокатки, устанавливает ускорение (темп) реверсирования эпектроприводв, а спедо-,25 ватепьно, опредепяет суммарную за цикп продолжительность пауз. В результате этого дпя заданного значения аквиввпентного тока из усповия максимапьной производи-, тельности система обеспечивает оптимапь- ЗО ное соотношение между машинным временем прокатки и суммарной продопжитепьностью пауз..

На фиг. 1 изображена бпок-схема йред-. поженного устройства; нв фиг. 2 - тахо- M грамма рабочих вапков; нв фиг. 3 - зависимость вход-выход. функционапьйого преобрвзоватепя.

Устройство включает прокатный эпектродвигатель 1. генератор 2, рабочие вап- 40 ки 3 и 4, обрабатываемый материал 5, возбудитепи 6 и 7, устройство 8 подчиненного регулирований с источником опорного напряжения узла токоограничения, эадатчик 9 интенсивности с йерекпючатепем 45 и регупятором интенсивности, датчик 10 скорости, датчик 11 тока, датчик 12 нац ряжения, задающее устройство 13, ручное программно-задающее устройство 14, фото ! электрические концевые выкпючатепи 1518, датчик 19 угпв поворота якоря двигателя, блок 20, регистрирующий попожеme конца прокатываемого материвпа, фазовый дискриминатор 21, репейный усилитепь 22, перекпючатепь 23, датчик 24 квадрата тока якоря, датчик 25 квадрата скорости вращения якоря. датчик 26. температуры охпаждения среды, многополюс.ник 27, компаратор 28, решающий бпок

671890

5 ва подчиненного регулирования 8 на период торможения стана до выброса прокатываемого материала 5 из валков 3 и 4.

Датчик 24 квадрата тока якоря, датчик

25 квадрата скорости вращения якоря датчик 26 температуры охлаждающей электродвигатель среды, многополюсник

27, компаратор 28 и решающий блок 29 образуют контур регулирования скоростью старения изоляции якоря двигателя. 10

Многополюсник 27 с пятью входами и одним выходом моделирует пиковое значение температуры обмотки якоря. К вхо, дам многополюсника 27 присоединены выходы датчиков 10 скорости, тока 11, квадрата тока 24, квадрата скорости 25, и температуры 26, а на входы компаратора 28 (сравнивакицего устройства) поданы сигналы, пропорциональные соответственно нормированной температуре УЧ окружающей среды, допустимой температуре Д изоляции обмотки и скорости старения Ув изоляции. На другие входы кОм-. паратора 28 подключены выходы датчика

26, многополюсника 27 и решающего бло25 ка 29. Этим выходам соответствуют сигналы Uq, Ug, Ug

В компараторе 28 сигналы контура регулирования скоростью старения изопяцйи сравниваются в соответствии с равенства30

997 095

Таким образом, выход многополюсника

27 через компаратор 28 связан с входом решающего блока 29., Решающий блок 20 реализует, показательную функцию и на выходе формирует электрический сигнал U, соответствую40 щий скорости старения изоляции якоря электродвигателя. Выход решающего блока 29 через компаратор 28 связан с входом регулируемого источника опорного напряжения угла токоограничения, который раз- 4 мешен в устройстве 8.

Контур регулирования скоростью старения изоляции якоря путем воздействия на устройство токоограничения обеспечивает в процессе прокатки оптимальный коэффициент перегрузки электрических ма- шин и тем самым исключает местные пиковые температуры из обмоток, повышает надежность и оказывает решающее влияние на срок службы изоляции.

Кром е того, сист ема снабжена контуром регулирования уровня эквивалентного тока якоря, включающим функциональный

6 преобразователь. 30 и измеритель 31 эквивапентного тока, на вход которого присоединен выход датчика 11 тока. Выход измерителя 31 эквивалентного тока присоединен к одному из входов компаратора

28. На вход компаратора подан также сигнал Uqq, пропорциональный заданному уровню ограничения эквивалентного тока двигателя. Выходной сигнал U g измерите-. ля 3 1 эквивалентного тока и сигнал Я сравниваются в соответствии с выражением ц у, - ц Здесь у, — сигнал,пропорциональный приращению эквивалентного тока двигателя 1.

Таким образом, выход измерителя 31 через компаратор 28 связан с входом функционального преобразователя 30.

Измеритель 31 эквивалентного тока работает по принципу скользящего усреднения и выдает сигнал U g, пропорциональный значению эквивалентного .тока якоря эа фиксированное время усреднения.

Время усреднения ипи, например, количество циклов прокатки, подвергающихся усреднению, выбирают небольшим. В противном случае нивелируются изменения сигнала, вызванные условиями работы электрпривода, что снижает эффективность регупирования эквивалентного тока.

Выход функционального преобразователя 30 через переключатель задатчика ин,тенсивности 9 подключен к входу регуля.тора интенсивности задатчика. На фиг. 1 переключатель и регулятор интенсивности задатчика 9 не изображены., Переключатель замыкается топько с момента выбро са прокатываемого материала из валков до момента захвата в следующем прохо. де, т e. на время движения привода без нагрузки. Характеристика "вход-выход" функционального преобразователя 30 представляет собой зависимость сигнала U, соответствующего ускорению (темпу) реверсирования эпектропривода на участке движения без нагрузки в функции приращения эквивалентного тока (сигнала U<< ).

Характеристика рассчитывается иэ условия обеспечения максимальной производительности стана (минимальной продолжительности цикла прокатки) для заданного уровня тепловых потерь (эквивалентного тока) электродвигателя.

Устройство работает c ïåäóþøÿì образом, Скоростной режим электроприводов валков 3 и 4 задается с помощью устройства 13 оператором (или программно-задающего устройства 14), выходной сигнал которого поступает на задатчик интенсивности 9.

Сигнал задатчика 9 опредепяет крутизну нарастания числа оборотов якорей дви« гателей и подается на вход устройства 8 подчинейного регупнроиания. На другие входы устройства 8 поступают сигнапы обратной связи с выходов датчика 10 скорости, датчика 11 тока и датчика 12 напряжения, Выходные сигналы устройства Е « 0 подчиненного регулирования, воздействуя на возбудители 6 и 7 через обмотки воз буждения генератора 2 и двигателя 1, формируют тахограмму рабочих валков 3 и

4, причем до номинальной скорости - иэ- 5 менением напряжения генератора 2, а выше номинальной - изменением тока возбуждения двигатепя 1.

Время Т (фиг. 2) соответствует уча стку движения с ускорением апектроприво->о да, рабочих вапков 3 и 4 и прокатываемого матерна««а, Т, — время прокатки на установившейся скорости.

В момент.времени А фотоэлектрический концевой выключатепь 15 освобож"дается от прокатываемого материапа 5 и подает сигнал на включение схемы измерения остаточной длины раската. В моме»йт времени В прокатываемый.материал освобождает концевой выкпючатепь 16, при этом срабатывает схема устранения разности фактического попожения конца прокатываемого материала с измеренной и запоминается остаточная дпина Пи прокатки, имеющаяся к моменту времени В.

Схема измерения остаточной длину и схема устранения разности фактического цопожения размещены и блоке 20 устройства торможения. С момента времени В блок 20 непрерывно выдает сигнал, изменяющийся по фазе и амплитуде и соответствующий текущему - значению длины недокатанной части материала 5. С появлением на выходе блока 20 сигнала срабатывает репейный усилитель 22, который переводит перекпючатель 23 в новое положение. При атом вход устройства 8 подчиненного регупирования через, компаратор 28 подкпючается к выходу «раэового дискриминатора 21.

На участке торможения Т закон движения апектропривода опредепяется выходным напряжением дискриминатора 21. Ког да конец материала 5 в процессе торможения будет прокатан и напряжение на выходе блока 20 станет меньше установпенного значения, репейный усилитель 22 переключит контакт 23 в первоначальное

6 71890

8 положение. На этом процесс торможения заканчивается, причем прокатываемый ма, териал покидает зону деформации с заранее заданной скоростью. Дальнейшее тор можение и возвращение раската дпя нового прохода осуществляется ропьгангом.

С момента выброса раската 5 до его захвата в спедующем проходе эпектропри вод реверсируется без нагрузки. В про, цессе работы эпектропривода измеритель

31 регистрирует значение аквивапентно«го тока и поспе каждого цикна прокатки ( интервапа времени, соответствующего шагу скопьжения) на выход выдает сигнап пропорционапьный эквивапентному току, например, эа К цикпов. Этот сигнап сравнивается в компараторе 28 с сигнапом Ug, который пропорционапен заданному аквивапентному току. Сигнап Uii соответствую«ций разнице заданного и измеренного значений эквивапентного тока, поступает на вход функционапьного преобразоватепя 30.

Регупирование уровнем эквивапентного тока электропривода осуществляется выходнь«м сигналом Ц,», функционапьного преобразоватепя s контуре регулирования уровнем эквивалентного тока. Если измеренный Ugg и заданный Ц««,«сигналы равны, то на выходе преобразоват«рля 30 в соот - ветствии с характеристикой.."вход-выход (фиг. 3) сигнал равен Оо . Этот сигнал через переключатель задатчика 9, замыкающийся в момент выброса раската из валков, подается на влэд регулятора 9 интенсивности задатчика. Входному сигнапу U4 регупятора интенсивности соответ ствует опредепенный темп нарастания выходного сигнапа задатчика 9, при котором на участке Т«, (фиг. 2) алектропривод реверсируется с оптимапьным ускорением

9о, соответствующим заданному уровню аквивалентного тока.

После каждого цикпа прокатки с появлением сигнапа Ц сигнал U«y на выходе функционапьного преобразователя 30 увеличивается или уменьшается в соответствии со знаком входного сигнапа. Еспи U y попожительно, это свидетепьствует о не- доиспопьзовании электропривода по заданному эквивапеитному току (теппу), и выходной сигнал Уг «преобразователя 30, воздействуя на регулятор интенсивности эадатчика 9, увеличивает для спедующего цикла прокатки ускорение (темп) реверсирования. Это равносипъно сокращению qp .должитепьности пауз Т«« и в койечном ито1 ге — цикпа прокатки. При отрицательном йй

671890

9 сигнапе У)4, выходной сигнап Я преобра.« зователя 30 уменьшает ускорейие ревер- сирования, увеличивая тем самым продопи жительность пауз Т

За время реверсирования электропривода раскат 5 возвращается ропьгангом к рабочим валкам и на скорости Vg.++3 (фиг. 2) происходит захват прокатываемого материала.- При этом срабатывает датчик захвата (на фиг. 1 не изображен), который переводит перекпючатепь задатчика 9 в исходное положение, После чего электропривод разгоняется до рабочей. скорости с номинальным ускорениемg< соответствующим движению под нагрузкой.

Контур регупирования уровнем эквивалентного тока работает. аналогично во всех проходах, причем ускорение реверсирования электропривода подстраивается автоматически от цикпа к цикпу прокатки, т.е. с каждым шагом усреднения эк. вивалентного тока якоря. Это позволяет в процессе работы прокатного стана равномерно нагружать эиектропривод и повысить его эффективность без значитепьных перегрузок по теппу.

Дпя того чтобы не допустить местных перегревов обмоток выше допустимых, опредепяемых кпассом изопяции, и оптимапьно испопьзовать имеющийся изотермический ресурс двигатепя 1 и генератора 2 необходимо, чтобы устройство 8 подчиненного регупирования, в частностн. узеп тоФ коограничения, опредепяп максимальное допустимое значение тока в функции пиковой температуры обмотки якоря Для этого служит контур регулирования скоростью старения изоляции якоря, Известно, что изотермнческий ресурс

40 энектрических:машин с достаточной дпяпрактических цепей точностью опредепяется из выражения:

Я=Я ехр() 1 . 45 дЧ где — действительный изотермический ресурс эпектрической машины;

R„» »изотермический ресурс эпектрической машины при допустимом превышении температуры над нормированной

ГОСТом температурой (35 С)

Юф - основание натурапьного погарифма; v = (v- }-й -vä„) = v-v,„-þ,—

- откпонение температуры изоляции от нормированной, где 7, У„ — действитепьная и допустимая температура обмотки

ЧС вЂ” действитепьная температура окру жа— юшей среды, AVE . (35- VgJ — откпонение температуры среды от 35 Cl

8 — постоянная старения изопяции.

Если относитепьная скорость старения изопяции при нормализованной температуре (35+ V>„) равна единице, то при температуре, отпичаюшейся от нормапизованной на величину ЬT, относительная скорость старения изоняции будет равна с (t) = ехр (ьчЯ/О)

Расход изотермического ресурса У в течение времени может быть представлен зависимостью

t 1 р = f сИ)с) t. = f еее (aV($)/6) d(, о о

Из записанных выражений видно, что вероятностный срок спужбы электрической машины зависит от отклонения температуры изопяции от нормированной. Практика показывает, что если увеличение температуры обмотки происходит по арифметичео ской прогрессии с разностью 8 С, то уменьшение срока спужбы изопяцни происходит по убывающей геометрической прогрессии со знаменатепем 1/2. Отсюда практнческая,попезность контура регулирования скоростью старения изоляции очевидна.

Действует контур регулирования следующим образом.

Во время работы электропривода мно; гополюсник 27, на вход которого непрерывно поступают сигнапы с датчиков

10, 11, 24, 25 и 26, несущие информа цию о тепловых потерях, вырабатывает электрический сигнал Ug, пропорционапьный мгновенной температуре обмотки яко:ря. Этот сигнап поступает в компаратор

28, где сравнивается с сигнапом Цо

Сигнал Цо определяется значениями сигналов Цц, Г и U+ . Сигнал Ц, соот,ветствующий превышению температуры обмотки якоря над нормированной, посту,пает на вход решающего бпока 29. Выходной сигнал Ug блока 29, пропорциональ,ный скоростибстарения изопяции, поступает

:в компаратор 28 и там сравнивается с

;:сигнапом Ц, который соответствует за;данной скорости старения изоляции эпект роприводов, причем его урове)п. определяется из технико-экономических соображений и фактора времени. Поспе сравнения сигнап U, опредепяюший приращение скорости старения изоляции, испо пьзуется дня управпения уровнем токоограничения в устройстве 8. При этом, еспи действитель671890 ная скорость старения превышает заданную, сигнал Ui, воздействуя на регулируемый источник опорного напряжения узла токоограничения, снижает уровень ограничения тока. Если действительная скорость старения меньше заданной, » ».увеличивает уровень ограничения тока. Однако максимальный уровень тока йсоря ограничивается техническим состоянием механического оборудования стана и электрических ма- р шин, в частности условиями коммутации, а также нормативными документами их заводов-изготовителей.

Из экономических и ч.ехнических соображений контуры регулирования скоростью 1s старения изоляции и уровнем эквивалентного тока могут быть общими дпя электроприводов верхнего и нижнего валков. При этом регулирование должно выпо»лн»яться по параметрам наиболее загружейного двига- 2л теля.

Предлагаемое устройство управления электроприводом обжимного реверсивного стана имеет следуюшие техническйе ripe имущества по сравнению с известными 25 исключает местный перегрев обмотки якоря электропривода и позволяет регулировать расход изотермического ресурса ее изоляции; повышает надежность и срок. службы зо электропривода„ позволяет получить" максймальную производительность прокатного ста»н»а фи"заданном значении эквивалентного тока эпектропривода» 35 формула изобретения

Устройство управленйя электройр»ивбдом 4О обжимного реверсивного прокатного стана, . .содержащее задатчик интенсивности с Переключателем и регулятором интенсивности, контур подчиненного регулирования с источником опорного напряжения узла токоограничения, датчики скорости, тока и устройство торМожения станом, о т л и— чаюш еес ятем, что,сцельюисключения местных neperpehoa обмотки якоря электропривода, снижения скорости ста» рения ее изоляции и обеспечения оптимального соотношения между машинным временем прокатки и суммарной продолжитепьностью.пауз для заданного значения эквивалентного тока электропривода, оио дополнительно содержит контур регулирования скорости старения изоляции якоря двигателя, состоящий из многополюсника с пятью входами и одним" выходом, решающего блока, компаратора, датчиков температуры охлаждающей среды, квадрата тбка якор»я I к»в»адрата скорости враш ения якоря, вйходы которых, в том числе.датчиков тока и.скорости вращения якоря, соедийены с оответствующими входами многополюсника, причем выход многополюсника через компаратор соединен с входом решающего блока, а выход решающего блока - аналогично с входом источника опорного напряжения узла токоограничения, а также контур регулирования уровня эквивалентного значения тока якоря, состоящий из функционального преобразователя и измерителя эквивалентного значения тока якоря, вход которого соединен с выходом датчика тока якоря, а выход через компаратор соединен с входом функционального преобразователя, выход которого соединен с регулятором интенсивности задатчика через его переключатель.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 467439, кп. В 21 В 37/00, 18.04.73, 1975.

Риг.2

Фиг. Р

Составитель А. Абросимов

Редактор E. Братчикова Техред Н. Андрейчук Корректор - C. щекмар 4ка 3755/8 Тираж l033 Подписное

IlHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-95, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4