Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
1. АНАЛИЗ СЛОЖНЫХ ЭЛЕКТРОМЕХА11ИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГЛАВНЫХ ЛИНИЙ ПРОКАТНЫХ CTAIIOB 10
1.1. Динамические нагрузки в приводных линиях прокатных станов 10
1.2. Парамефы, определяющие приводную линию, как электромеханическую систему. Люфты и зазоры 15
L4. Технологическое погружение IS
1.5, Анализ систем главных электроприводов прокатных станов 20
1.6. Исследования динамических нагрузок в главных приводах
черновых клетей стана 2000 22
1.7. Особенности электроприводов черновой группы стана 2000 и
перспективы их реконструкции 26
1.8, Выводы 32
2. ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ГЛАВНЫХ ПРИВОДОВ ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЕЙ 34
2Л. Расчетные схемы электромеханических систем и их связь с объектом и целями исследования 34
2.2, Особенности динамических моделей электромеханических систем с синхронными двигателями 35
2,3- Расчет параметров механической части электроприводов прокатных клетей 40
2.4. Составление эквивалентных расчетных схем элекфомеханических систем 45
2.5. Носфоспис математических моделей электромеханических систем главных приводов прокатных клетей 51
2.6", Динамических моделей главных приводов прокатных 56
2.7. Выводы 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИТІАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В ЧЕРНОВЫХ
КЛЕТЯХ С НЕРЕГУЛИРУЕМЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ 67
3.1. Оценка эффективности снижения динамических нагрузок при изменении упруго-массовых характеристик приводной линии 67
3.2. Динамические нагрузки и демпфирующая способность привода при использовании синхронного и асинхронного 78
3.3. Анализ способов снижения динамических нагрузок в системе синхронного электропривода прокатной клети 86
3.4. Выводы 90
4. ОСОБЕННОСТИ ДИНАМИКИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЧАСГОТНО-РЫ УЛИРУЕМОГО СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА РЕВЕРСИВНОЙ ПРОКАТНОЙ КЛЕ Ш 91
4Л. Автоматизированный электропривод черновой клети JMM стана 2000 91
4.2. Разработка и реализация с помощью системы электропривода
режима реверсивной прокатки с предварительным ускорением горизонтальных валков jf/ 5
4.3. Исследование асимметричных режимов прокатки с целью распределения крутящих моментов между упругими ветвями привода 105
4.4. Разработка методики настройки системы автоматического регулирования черновой
клети для работы в нестандартных режимах 109
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ Ш 127
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 30
ПРИЛ ОЖЕНИЬ: 1 139
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 143
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 149
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 154
ПРИЛОЖЕНИЕ 5
Введение к работе
Несмотря на сложную экономическую ситуацию в стране, крупные предприятия металлургической отрасли переживают сейчас настоящий подъем. Во многом это обусловлено конъюнктурой мирового рынка, которая в данный момент очень благоприятна для представителей металлургии. Не является исключением и ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (ИЛМК), входящий наряду с Магнитогорским металлургическим комбинатом и Северсталью в тройку крупнейших российских предприятий черной металлуріии. Па эти три прсдприяіия приходится около 56% суммарного российского экспорта металлопродукции и 97% экспорт листового проката. В 3999 J. НЛМК увеличил объем производства на 14%, а за шесть месяцев 2000 г. рост производства составил уже 18%,
Основной проблемой, стоящей сейчас перед металлургическими предприятиями России, является техническое перевооружение. Это связано с физическим и .моральным старением оборудования основных цехов, работающею по 30 и более лет. Особое значение имеет реконструкция прокатного производства, поскольку из-за его определяющего влияния па качество готовой продукции именно здесь всегда используются самые передовые решения и технологии. Таким образом, одними из основных направлений технического перевооружения в ближайшей перспективе должны быть модернизация действующего оборудования прокатных станов и широкое внедрение современных систем управления на базе вычислительных комплексов, имеющие целью повышение производительное га и качества продукции. Решение этих задач невозможно без глубокою исследования динамических процессов, протекающих в оборудовании стана, на основе совместного рассмотрения всех его элементов — очага деформации, упругой клети, механический трансмиссии и автоматизированною
Из всего многообразия агрегатов непрерывных широкополосных станов горячей прокатки проблема чрезмерно высокого уровня динамических нагрузок особенно остро стоит для клетей черновой группы. Основными причинами динамичееких перегрузок являются интенсивные переходные процессы, имеющие место в цикле прокатки, наличие в системе упругих механических связей и зазоров, несовершенство системы электропривода, ошибки, допущенные при разработке. В связи с этим существует необходимость исследования динамических нагрузок, действующих в электромеханической системе привода клети, еще на этапе её проектирования. Основным методом при проведении подобных исследований является математическое моделирование с помощью аналої овых или электронных вычислительных машин. Работы в этом направлении ведутся достаточно давно [28, 38, 94]. К сожалению, в имеющихся исследованиях мало внимания уделялось совместному анализу процессов, происходящих в электрической и механической частях привода. Большая часть исследований выполнялась инженерами-механиками, система электропривода при этом либо не учитывалась вовсе, либо представлялась простейшим уравнением 1-2 порядка. С друтй стороны, из-за сложности кинематических схем рассматриваемой группы приводов использование методики составления эквивалентных расчешых схем, принятой в теории электропривода [36], могло служить причиной значительных погрешностей. Кроме того, из-за сложности определения ряда параметров, оказывающих важное влияние па уровень динамических нагрузок, например, величин зазоров в приводе, в расчетах их приходилось принимать приближенно, что еще более снижало точность расчетов.
Таким образом, необходима разработка методики построения математических моделей, позволяющих исследовать динамические нагрузки в главных приводах прокатных клетей на основе совместного анализа процессов, происходящих в их электрической и механической системах. На основе результатов этих исследований возможна оценка эффективное і и различных способов снижения динамических нагрузок в рассматриваемой rpvnne электроприводов.
В последнее время широкое распространение получает частотно-регулируемый электропривод прокатных клетей, преимущественно на основе синхронных двигателей с непосредственными преобразователями частоты. При этом, как правило, используется индивидуальный привод валков (каждый валок
-6 приводится во вращение отдельным двигателем). Использование такой схемы требует совершенно иного, чем в случае нерегулируемого привода, подхода к исследованию динамических нагрузок, С одной стороны, индивидуальный привод может служить источником упругих колебаний между его ветвями, с другой, наличие современной системы автоматического регулирования позволяет обеспечить снижение динамических нагрузок средствами электропривода. В связи с внедрением таких систем электропривода на отечественных металлургических предприятиях возникает задача исследования их динамических режимов,
Исходя из приведенных выше фактов, была сформулирована тема диссертационной работы: dlcследование динамических нагрузок электромеханических систем главных приводов черновых клетей стана горячей прокатки».
Работа выполнена в Липецком государственном техническом университете в рамках проекта А-0032 Федеральной целевой программы «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 годы».
Цель работы состоит в практическом и теоретическом исследовании динамических нагрузок электромеханических систем главных приводов черновых клетей стана горячей прокатки и разработке методов их ограничения средствами электропривода.
Для достижения указанной цели в работе поставлены и решены следующие задачи:
выявлены причины высоких динамических ваірузок в электроприводах черновых клетей станов горячей прокатки;
развита методика построения и идентификации математических моделей электромеханических систем (ЭМС) рассматриваемой группы приводов, выполнен анализ динамических нагрузок в главных приводах черновых клетей стана 2000 и оценка способов их снижения для нерегулируемых электроприводов с двигателями переменного тока;
исследованы особенности динамики многодвигатсльного частотно-регулируемого синхронного электропривода реверсивной прокатной клети, разработан и реализован режим реверсивной прокатки с предварительным ускорением горизонтальных валков;
исследованы асимметричные режимы работы индивидуального привода валков с целью регулирования распределения моментов между его ветвями, разработана меюдика настройки системы управления скоростью с изменяемой структурой и системы балансировки моментов в САР ЭП реверсивной клети, Методы исследования. Задачи, поставленные в ходе исследования, ренга-тись с помощью методов математического моделирования па ЭВМ, натурного жепернмента па рабочей установке, структурных, мечодов теории автоматиче-:кого управления.
Научная новизна работы.
1. Разработана методика идентификации математических моделей электромеханических систем главных приводов прокатных клетей,
2. Разработан и исследован ряд способов снижения динамических наїрузок для нерегулируемых электроприводов прокатных клетей с синхронными двигателями.
3. Получены количественные оценки предельной, оптимальной и фактической демпфирующей способности приводов прокатных клетей с двигателями переменного тока.
4. Исследованы режимы рассогласования скоростей индивидуального привода валков с целью распределения крутящих моментов между его ветвями и управления формой переднею конца полосы.
Практическая ценность,
1. Разработаны компьютерные программы для динамическою анализа ЭМС приводов прокатных клетей и идентификации математических моделей этих ЭМС. Программы могут являться частью системы автоматизированного проектирования оборудования прокатных станов.
2. Выполнен анализ динамических нагрузок и славных приводах черновых клетей стана 2000 ОЛО «HJDVIK» и предложен ряд способов их снижения для нерегулируемых электроприводов с двигателями переменного тока;
3, Разработан и реализован в системе много двигательного частотно регулируемого электропривода прокатной клети режим реверсивной прокатки с предварительным ускорением горизонтальных валков; разработана методика настройки системы управления скоростью с изменяемой структурой и системы балансировки моментов в САР Э11 реверсив v ной клети,
На защиту выносятся 1. Методика идентификации математических моделей электромеханических систем главных приводов прокатных клетей,
2. Результаты анализа способов снижения динамических нагрузок для нерегулируемых электроприводов прокатных клетей с синхронными двигателями 3. Результаты анализа демпфирующей способности приводов прокатных клетей с двигателями переменного тока,
4. Система изменения напряжения, подводимого к статору, с целью снижения динамических нагрузок в нерегулируемых электроприводах прокатных клетей с синхронными двигателями.
5. Методика настройки системы управления скоростью с изменяемой структурой и системы балансировки момешов в САР Э11 реверсивной клети.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- научно-технической конференции кафедры «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов». Липецк, 1999;
-9 - второй Российской конференции пользователей систем MSC, Москва, 1999;
- международной научно-технической конференции «Энергосбережение, экология и безопасность», Тула, 1999;
- межвузовской научно-технической конференции «Управляющие и вычислительные системы- Новые технологии», Вологда, 2000.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, отражающих её содержание.
Структура и объем диссертации- Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка и пяти приложений. Объем работы составляет 158 страниц, в том числе 99 страниц текста, 66 рисунков, 15 таблиц, библиографический список из 96 наименований, приложения на 20 страницах.
