Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Экспериментальные исследования электротехнических систем чистовых групп станов 2000 и 2500 ОАО «ММК» при прокатке полос расширенного сортамента 22
1.1. Сортамент современных широкополосных станов горячей прокатки 23
1.2. Технология и оборудование стана 2000 ОАО «ММК» 28
1.2.1. Технологическая линия стана 2 8
1.2.2. Электрооборудование чистовых клетей 3 0
1.3. Скоростные и нагрузочные режимы электроприводов стана 2000
при прокатке трубной заготовки 31
1.3.1. Программы прокатки полос из трудно деформируемых марок стали 31
1.3.2. Экспериментальные исследования распределения нагрузок по клетям 32
1.3.3. Анализ работы системы автоматического регулирования скорости электроприводов чистовой группы стана 2000 33
1.4. Технология и оборудование стана 2500 ОАО «ММК» 37
1.5. Характеристика АСУ ТП чистовой группы стана 2500 41
1.5.1. Структура АСУ ТП 41
1.5.2. Функции системы управления скоростными режимами 43
1.6. Экспериментальные исследования электропривода с пропорциональным регулятором скорости 44
1.7. Результаты экспериментальных исследований точности регулирования геометрических размеров в чистовой группе стана 2500 49
1.7.1. Причины возникновения продольной разнотолщинности горячекатаных полос 49
1.7.2. Экспериментальная оценка отклонений толщины
1.8. Анализ продольной разнотолщинности полос в чистовой группе стана 2000 54
1.8.1. Временная диаграмма продольной разнотолщинности 54
1.8.2. Анализ причин возникновения разнотолщинности на головном участке полосы 55
1.9. Требования к точности регулирования натяжения и толщины при прокатке тонких полос 57
1.9.1. Требования к точности регулирования натяжения 57
1.9.2. Допустимые отклонения толщины 59
1.10. Задачи повышения устойчивости тиристорных
электроприводов клетей при прокатке труднодеформируемых полос 60
1.10.1. Экспериментальные исследования отклонения напряжения на секциях 10 кВ стана 2000 62
1.10.2. Анализ осциллограмм координат электропривода за цикл прокатки 65
1.11. Концепция улучшения энергетических показателей тиристорных электроприводов клетей прокатного стана 68
1.11.1. Энергетические показатели электроприводов стана 2000 68
1.11.2. Анализ составляющих запаса выпрямленной ЭДС 71
1.11.3. Принцип перераспределения запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя электропривода клети 72
1.12. Выводы и постановка задачи исследований 7 5
Глава 2. Математическая модель взаимосвязанных электромеханических систем чистовой группы 80
2.1. Структура модели взаимосвязанных электромеханических систем двух межклетевых промежутков 81
2.2. Математические модели объектов регулирования 85
2.2.1. Допущения, принятые при математическом моделировании электро- и гидроприводов 85
2.2.2. Модель силовой части электропривода прокатной клети как объекта управления 86
2.2.3. Модель силовой части электропривода петле держателя 87
2.2.4. Модель силовой части привода гидронажимного устройства как объекта управления 89
2.3. Математические модели взаимосвязей электромеханических систем
2.3.1. Математическая модель полосы в межклетевом промежутке как объекта управления 91
2.3.2. Математические модели формирования моментов на валах двигателей клети и петледержателя 93
2.3.3. Математическая модель формирования опережения и давления металла при прокатке 94
2.4. Синтез регуляторов систем регулирования технологических параметров 95
2.4.1. Синтез контуров регулирования величины петли и скорости электропривода клети 97
2.4.2. Синтез контура регулирования натяжения полосы 101
2.4.3. Синтез контура регулирования положения гидронажимного устройства 102
2.5. Адекватность разработанной модели 107
Выводы 116
Глава 3. Совершенствование алгоритмов управления взаимосвязанными электромеханическими системами непрерывной группы широкополосного стана 118
3.1. Анализ системы косвенного регулирования натяжения 119
3.1.1. Функциональная схема САРНиП стана 2500 119
3.1.2. Структурная схема САР межклетевого натяжения 119
3.2. Совершенствование алгоритмов САРНиП стана 2500 123
3.2.1. Алгоритм вычисления задания момента петледержателя 123
3.2.2. Формирование сигнала задания на угол подъема петледержателя 128
3.3. Алгоритмы каскадной коррекции скоростей электроприводов клетей 133
3.3.1. Принцип передачи корректирующих воздействий 13 3
3.3.2. Коррекция скорости электропривода при ручном воздействии оператора 134
3.3.3. Алгоритм торможения чистовой группы при выпуске полосы 137
3.4. Исследования каскадной коррекции скоростей электроприводов клетей на математической модели 13 8
3.4.1 Моделирование режима коррекции скоростей электроприводов при перемещении гидравлического нажимного устройства 139
3.4.2. Моделирование режима коррекции при изменении скорости последующей клети 142
3.5. Функциональная схема и режимы С APT стана 2000 144
3.6. Совершенствование алгоритмов САРТ стана 2000 149
3.6.1. Структура замкнутой системы регулирования толщины 149
3.6.2. Динамическая коррекция толщины полосы 150
3.6.3. Измерение толщины полосы 152
3.6.4. Компенсация возмущающих воздействий 154
3.6.5. Анализ разнотолщинности при работе САРТ 155
3.7. САРТ с перераспределением обжатий по клетям чистовой группы 156
Выводы 159
Глава 4. Исследование взаимосвязи натяжения и толщины полосы в динамических режимах. система взаимосвязанного регулирования натяжения и толщины 161
4.1. Математическая модель взаимосвязи удельного натяжения и приращения толщины 162
4.2. Исследования взаимосвязи удельного натяжения и приращения толщины полосы на математической модели 167
4.3. Вычисление сигнала, пропорционального натяжению, по параметрам электропривода петледержателя 171
4.4. Экспериментальные исследования взаимосвязи удельного натяжения и приращения толщины полосы 174
4.5. Адекватность математической модели взаимосвязи 180
4.6. Исследование изменения удельного натяжения и приращения толщины полосы в динамических режимах 186
4.7. Способ и система взаимосвязанного регулирования натяжения и толщины полосы 190
4.7.1. Система взаимосвязанного регулирования натяжения и толщины полосы 190
4.7.2. Расчет контуров регулирования 195 4.8. Математическое моделирование динамических режимов за
цикл прокатки 197
4.8.1. Технологические параметры, принятые при моделировании 197
4.8.2. Прокатка переднего конца полосы 198
4.8.3. Прокатка заднего конца полосы 201
4.8.4. Обобщение результатов моделирования 203
Выводы 205
Глава 5. Системы управления электро- и гидроприводами, обеспечивающие снижение продольной разнотолщинности и улучшение условий захвата полосы 207
5.1. Компенсация статических отклонений скорости электропривода
клети 208
5.1.1. Принцип компенсации 208
5.1.2. Способ автоматической коррекции скоростей электроприводов клетей перед захватом полосы валками 210
5.1.3. Способ управления скоростным режимом с подразгоном после захвата 215
5.1.4. Программная коррекция скоростей электроприводов клетей 219
5.2. Техническая реализация контуров регулирования 219
5.2.1. Вычисление статической ошибки скорости 219
5.2.2. Разомкнутый контур компенсации статических отклонений скорости 221
5.2.3. Замкнутый контур компенсации статических отклонений 222
5.3. Исследование компенсации статических отклонений скорости с помощью математической модели 223
5.4. Способ и системы автоматического регулирования межвалкового зазора при прокатке головного участка полосы 229
5.4.1. Коррекция задания на толщину при прокатке головного , участка 229
5.4.2. Функциональные схемы разработанных систем 230
5.4.3. Система управления прокаткой в функции длины полосы 233
5.5. Математическое моделирование прокатки при регулируемом изменении межвалкового зазора 236
5.5.1. Задачи моделирования 236
5.5.2. Обоснование рациональных параметров коррекции межвалкового зазора Выводы 245
Глава 6. Разработка энергосберегающих электроприводов с переключающимися структурами. повышение устойчивости электроприводов клетей при отклонениях напряжения сети 247
6.1. Система двухзонного регулирования скорости электропривода чистовой клети 248
6.2. Способ зависимого управления потоком возбуждения с автоматическим регулированием выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя .252
6.2.1. Описание способа 252
6.2.2. Система двухзонного регулирования, реализующая разработанный способ 254
6.3. Разработка электропривода с переключающейся структурой, обеспечивающего снижение запаса выпрямленной ЭДС ТП в режиме разгона под нагрузкой 256
6.3.1. Способ управления, обеспечивающий снижение запаса выпрямленной ЭДС в режиме разгона электропривода под нагрузкой 257
6.3.2. Электропривод с переключающейся структурой с ограничением перерегулирования выпрямленной ЭДС в начальный момент ускорения под нагрузкой 258
6.4. Электропривод с переключающейся структурой, обеспечивающий снижение запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя в течение цикла прокатки 262
6.5. Система управления возбуждением с автоматическим регулированием ЭДС в функции напряжения сети 264
6.6. Результаты теоретических и экспериментальных исследований разработанных электроприводов 267
6.6.1. Результаты математического моделирования 267
6.6.2. Исследования в лабораторных условиях 269
6.7. Результаты экспериментальных исследований разработанной системы ДЗРС в электроприводе клети стана 2000 275
Выводы 280
Глава 7. Экспериментальные исследования и промышленное внедрение разработанных технических решений. оценка технико-экономической эффективности 281
7.1. Характеристика системы управления скоростными режимами электроприводов, внедренной на стане 2500 282
7.2. Экспериментальные исследования электроприводов с компенсацией статической ошибки скорости 283
7.2.1. Прокатка с предварительным подразгоном электроприводов 283
7.2.2. Прокатка с подразгоном в момент захвата полосы 285
7.3. Экспериментальные исследования системы каскадного управления скоростными режимами электроприводов 286
7.3.1. Передача регулирующего воздействия по клетям 286
7.3.2. Коррекция скорости при возмущающих воздействиях 289
7.4. Экспериментальные исследования электроприводов с внедренной СУРС 291
7.4.1. Анализ осциллограмм за цикл прокатки 291
7.4.2. Анализ отклонений толщины 294
7.5. Оценка технико-экономической эффективности внедрения разработанной СУРС на стане 2500 296
7.5.1. Результаты внедрения 296
7.5.2. Принцип расчета экономического эффекта от внедрения разработанной СУРС 296 7.5.4. Расчет экономического эффекта от внедрения усовершенствованных алгоритмов управления скоростными режимами на стане 2000 299
7.6. Результаты экспериментальной оценки точности регулирования геометрических размеров полосы при внедрении алгоритма взаимосвязанного регулирования натяжения и толщины 300
7.7. Характеристика САРТ, внедренной на стане 2000 302
7.7.1. Алгоритмы системы 302
7.7.2. Структура контура косвенного регулирования толщины полосы 304
7.7.3. Коррекция по выходному толщиномеру 306
7.8. Экспериментальные исследования усовершенствованной САРТ
на стане 308
7.8.1. Исследование усовершенствованных алгоритмов САРТ 308
7.8.2. Прокатка с коррекцией толщины головного участка полосы 308
7.8.3. Результаты осциллографирования работы САРТ 311
7.8.4. Расчет ожидаемого эффекта от внедрения усовершенствованных алгоритмов САРТ на стане 2000 313
7.9. Результаты опытно-промышленных испытаний энергосберегающей системы двухзонного регулирования скорости, внедренной на стане 315
7.10. Оценка технико-экономических показателей внедрения системы ДЗРС 319
7.10.1. Результаты осциллографирования реактивной мощности 319
7.10.2. Обработка статистических данных 3 21
7.10.3. Расчет технико-экономической эффективности мероприятий по снижению запаса выпрямленной ЭДС 322
7.11. Оценка суммарной экономической эффективности от внедрения результатов диссертационной работы 325
Выводы 327
Заключение 330
Литература 334
- Электрооборудование чистовых клетей
- Допущения, принятые при математическом моделировании электро- и гидроприводов
- Совершенствование алгоритмов САРНиП стана 2500
- Система управления возбуждением с автоматическим регулированием ЭДС в функции напряжения сети
Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время мировое производство стали превышает 1 млрд. 200 млн. т. Около половины этого объема - тонкий горячекатаный и холоднокатаный лист. Полосовая сталь составляет до 70% всего горячекатаного листового проката. Более 25% тонкой горячекатаной полосы не подлежит дальнейшей обработке в холодном состоянии, т.е. является конечной рыночной продукцией. Расширение сортамента за счет производства горячекатаных полос толщиной менее 2 мм, относящихся к категории особо-тонких, является общепризнанной мировой тенденцией.
Под влиянием общемировых тенденций на ряде отечественных широкополосных станов горячей прокатки (ШСГП) осваивается производство полос толщиной до 0,8-ь1,2 мм, ранее относившихся к сортаменту станов холодной прокатки. На мировом рынке для одинаковых марок и профилеразмеров разница в цене горячекатаного и холоднокатаного проката достигает 25% или примерно от 40 до 120 долл./т. В то же время изготовитель получает экономию за счет снижения расходов на дополнительные переделы. Так, прокатка горячекатаных полос по сравнению с прокаткой холоднокатаных снижает себестоимость металлопродукции на 20-ь50 долл./т. Кроме этого, использование горячекатаного подката толщиной 1,2 мм вместо подката толщиной 2,0 мм при производстве холоднокатаных полос толщиной 0,35 мм повышает производительность стана холодной прокатки на 28%. Дополнительно снижаются энергозатраты и расходные материалы.
Вместе с тем, исследования, выполненные специалистами ведущих металлургических компаний, позволили сделать вывод, что в будущем использование обычных высокопроизводительных станов для производства горячекатаной полосы традиционного сортамента в больших объемах маловероятно. Они будут необходимы для прокатки труднодеформируемых и специальных сталей. В связи с ситуацией, возникшей в прошедшем десятилетии на рынке горячекатаной продукции, значительно возрос спрос на так называемую трубную заготовку, для производства которой на отечественных металлургических предприятиях не хватало производственных мощностей.
Исторически сложилось, что производство горячекатаной полосы в России сосредоточено на металлургических предприятиях с полным технологическим циклом. Поэтому удовлетворение потребностей рынка в горячекатаной полосе расширенного сортамента неизбежно связано с внедрением технологий производства как тонкой, так и толстой труднодеформируемой полосы на существующих широкополосных станах.
Перечисленные тенденции, связанные с изменением сортамента ШСГП, в полной мере касаются ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»), на долю которого приходится 17% отечественного металлопроката. Разработаны технологии производства полос толщиной до 18 мм из труднодеформируемых марок стали из слябовой заготовки толщиной 300 мм на широкополосных станах 2000 и 2500 ОАО «ММК». Однако при этом практически не учитывались ограничения, накладываемые на технологический
4 процесс со стороны электроприводов и существующих систем автоматического регулирования технологических параметров, обеспечивающих производительность стана и качество продукции.
Особенности производства трубной заготовки связаны, прежде всего, с низкими скоростями прокатки, высокими, неравномерными обжатиями по клетям, что приводит к снижению устойчивости технологического процесса, повышению вероятности аварийных ситуаций, увеличению материалоемкости продукции.
При производстве тонких полос существенно возрастают требования, предъявляемые к разнотолщинности полосы, которая должна находиться в пределах ±3,5-ь5%. При таком сортаменте значительное влияние на разнотол-шинность оказывают отклонения натяжений и точность согласования скоростей прокатки по клетям. Соответственно возникает задача повышения точности совместного регулирования взаимосвязанных технологических параметров в установившемся и динамических режимах.
Непрерывная (чистовая) группа ШСГП является одним из сложнейших объектов регулирования с переменными параметрами. Основными системами автоматического регулирования технологических параметров, обеспечивающих точность геометрических размеров полосы, являются системы автоматического регулирования натяжения и петли (САРНиП), толщины (САРТ) и управления скоростными режимами (СУРС) электроприводов клетей. Именно ресурсы и возможности этих систем создают технические предпосылки для производства полос расширенного сортамента.
Большой вклад в развитие теории и разработку автоматизированных электроприводов и систем автоматического регулирования технологических параметров прокатных станов внесли отечественные и зарубежные ученые: Бычков В.П., Дружинин Н.Н., Филатов А.С., Селиванов И.А., Осипов О.И., Усы-нин Ю.С., Дралюк Б.Н., Леонидов-Каневский Е.В., Лысенков Н.Г., Kneppe С, Rosenthal P., Hamada К., Bald W., Egawa N. и другие.
Однако выполненные ранее разработки носят жестко ограниченный для каждой из систем чистовой группы характер. Необходимость учета взаимосвязей электромеханических систем через металл, обеспечения их согласованной работы в динамических режимах предопределили актуальность проведения более тщательных исследований и обобщающего учета свойств автоматизированных электроприводов и систем автоматического регулирования технологических параметров, объединенных в диссертации термином "взаимосвязанные электротехнические системы".
Целью диссертационной работы является разработка научно обоснованных, концептуально связанных технических решений, направленных на совершенствование электротехнических систем непрерывной группы широкополосного стана горячей прокатки, создающих техническую возможность расширения сортамента за счет производства особотонких полос толщиной 0,8-^1,2 мм и толстой полосы толщиной 16-К24 мм из тру дно де формируемых марок стали при обеспечении энерго- и ресурсосбережения и повышении качества продукции.
Энергосбережение достигается за счет снижения потерь электрической энергии, ресурсосбережение - за счет снижения материалоемкости производства путем сокращения брака и потерь с концевой обрезью независимо от сортамента полос.
Для достижения цели поставлены следующие основные задачи:
1. Экспериментальные исследования взаимосвязанных электротехниче
ских систем чистовых групп широкополосных станов 2000 и 2500 горячей
прокатки. Уточнение технологических требований к автоматизированным
электроприводам и системам автоматического регулирования технологических
параметров при прокатке полос расширенного сортамента.
-
Разработка математической модели электротехнических систем непрерывной группы с учетом их взаимосвязи через обрабатываемый металл, обеспечивающей возможность исследования известных и разработанных алгоритмов управления.
-
Уточнение математических зависимостей и совершенствование алгоритмов цифровых САРНиП, САРТ и СУРС, обеспечивающих повышение точности вычисления и регулирования координат в установившемся и динамических режимах.
-
Совершенствование алгоритмов систем взаимосвязанного управления скоростными режимами электроприводов и автоматического регулирования технологических параметров, обеспечивающих повышение точности регулирования натяжения и толщины полосы за счет динамической компенсации возмущающих воздействий.
-
Разработка математической модели взаимосвязи удельного натяжения и толщины полосы. Исследование влияния отклонений натяжения на продольную разнотолщинность. Разработка способа и системы взаимосвязанного регулирования натяжения и толщины, обеспечивающих повышение точности регулирования секундного объема полосы в межклетевом промежутке.
-
Разработка способов и систем управления электро- и гидроприводами, обеспечивающих снижение продольной разнотолщинности на концах рулона и улучшение условий захвата полосы за счет упреждающей коррекции параметров прокатки.
-
Разработка способов и систем регулирования скорости электроприводов клетей, обеспечивающих энергосбережение в результате снижения потребления реактивной мощности за счет схемотехнических решений и алгоритмов управления без применения компенсирующих устройств.
8. Промышленное внедрение разработанных систем и алгоритмов, проведение экспериментальных исследований, оценка технико-экономической эффективности.
Методика проведения исследований. В работе использованы базовые положения теории электропривода, теории автоматического управления, методы операционного исчисления. Теоретические исследования проводились с использованием аппарата передаточных функций, методов преобразования структурных схем и структурного моделирования. Решения отдельных задач получены путем математического моделирования в среде Matlab-Simulink.
Экспериментальные исследования проводились на действующих прокатных станах путем прямого осциллографирования координат с последующей обработкой результатов с применением методов математической статистики. Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Результаты экспериментальных исследований взаимосвязанных электротехнических систем непрерывных групп широкополосных станов горячей прокатки, на основе которых разработаны технологические требования к автоматизированным электроприводам и системам автоматического регулирования технологических параметров при расширении сортамента полос.
-
Математическая модель электромеханических и гидравлических систем непрерывной группы, разработанная с учетом их взаимосвязи через обрабатываемый металл, включающая принципиально новые усовершенствованные алгоритмы управления скоростными режимами электроприводов и автоматического регулирования технологических параметров.
-
Уточненные цифровые алгоритмы регулирования натяжения в динамических режимах, обеспечивающие снижение продольной разнотолщинности полосы за счет повышения точности вычислений момента электропривода петледержателя и размера петли в межклетевом промежутке.
-
Алгоритмы каскадного управления скоростными режимами электроприводов, обеспечивающие автоматическое пропорциональное регулирование скоростей валков клетей чистовой группы при управляющих и возмущающих воздействиях с передачей корректирующего воздействия против хода прокатки.
-
Способ и система взаимосвязанного регулирования натяжения и толщины полосы, согласно которым осуществляется автоматическая коррекция положения гидравлического нажимного устройства предыдущей клети при управляющих и возмущающих воздействиях, вызванных изменением положений петледержателя либо нажимного устройства последующей клети.
-
Общий принцип, способы и системы управления электроприводами, обеспечивающие автоматическое повышение скорости вращения валков на величину статической просадки скорости, осуществляемое перед захватом либо непосредственно в момент захвата полосы.
-
Способ регулирования толщины полосы, основанный на сочетании косвенного регулирования с усреднением показаний датчиков за заданный промежуток времени, прямого регулирования по сигналу от выходного толщиномера и внешней коррекции, обеспечивающей компенсацию возмущающих воздействий и перераспределение обжатий по клетям чистовой группы.
-
Система автоматической коррекции толщины головного участка путем разведения валков перед входом полосы в клеть с последующим их возвращением в заданную позицию для прокатки основного участка полосы. Обоснованные параметры коррекции межвалкового зазора, при которых обеспечивается отклонение толщины в пределах ±1%.
-
Способы и системы двухзоиного регулирования скорости тиристорных электроприводов клетей прокатных станов, обеспечивающие уменьшение потерь электрической энергии за счет снижения потребления реактивной мощно-
7 сти, достигаемого в результате уменьшения запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя.
10. Результаты исследований и промышлеиного внедрения разработанных электротехнических систем, подтвердившие технико-экономическую эффективность, обеспечиваемую за счет снижения материалоемкости, энергосбережения, повышения качества продукции и устойчивости технологического процесса.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются правомерностью принятых исходных положений и предпосылок, корректным применением положений теории электропривода, теории автоматического управления и методов математического моделирования, использованием реальных характеристик действующего оборудования, адекватностью расчетных и экспериментальных данных, результатами экспериментальных исследований и длительной эксплуатации внедренных систем на действующих станах 2500 и 2000 горячей прокатки.
Научная новизна работы заключается в том, что она углубляет и расширяет теоретические представления о взаимосвязанном регулировании координат электроприводов и технологических параметров широкополосного стана горячей прокатки, предлагает новые принципы и алгоритмы управления взаимосвязанными электротехническими системами, раскрывает возможности и резервы энерго- и ресурсосбережения средствами автоматизированных электроприводов и систем управления.
В работе получены следующие основные научные результаты:
-
Установлены закономерности, уточняющие и корректирующие представления о взаимном влиянии технологических параметров в процессе непрерывной прокатки: влиянии натяжения на разнотолщинность полосы и возмущающих воздействий в виде отклонений скоростей валков, углов подъема петледержателей и положения нажимных устройств на натяжение.
-
Определены математические соотношения и алгоритмы, способствующие повышению точности вьгаисления и регулирования натяжения, высоты петли и толщины полосы.
-
Предложен принцип каскадного регулирования скоростей взаимосвязанных электроприводов клетей непрерывной группы, обоснованы и разработаны алгоритмы управления скоростными режимами, обеспечивающие взаимное согласование скоростей за счет динамической компенсации управляющих и возмущающих воздействий.
-
Сформулирована концепция взаимосвязанного регулирования технологических параметров в непрерывной группе широкополосного стана. Разработан способ автоматического регулирования секундного объема полосы в межклетевом промежутке за счет взаимосвязанного регулирования натяжения, толщины и скорости валков последующей клети при управляющих и возмущающих воздействиях, вызывающих изменение положения петледержателя.
-
Разработаны общий принцип, способы и алгоритмы упреждающей коррекции скорости электропривода прокатной клети в однократноинтегрирую-
8 щей системе, обеспечивающие компенсацию статического отклонения скорости, предварительно определенного для каждого профилеразмера полосы. Предложен алгоритм самообучения системы управления.
-
Предложен принцип параметрического регулирования межвалкового зазора в функции длины полосы, реализуемый увеличением зазора перед входом полосы в клеть с последующим возвращением нажимных устройств в заданное положение для прокатки основного участка полосы.
-
Получила развитие концепция построения и реализации энергосберегающих электроприводов постоянного тока с перераспределением запаса выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя в установившемся и динамических режимах. Разработаны способы и системы двухзонного регулирования скорости, обеспечивающие ограничение выпрямленной ЭДС на номинальном уровне независимо от режима нагрузки электропривода.
Практическая ценность работы состоит в том, что в результате разработки автоматизированных электроприводов и систем управления созданы технические предпосылки для производства горячекатаных полос расширенного сортамента на отечественных металлургических предприятиях. Независимо от сортамента, внедрение разработанных технических решений обеспечивает энерго- и ресурсосбережение за счет сокращения потерь электрической энергии и снижения материалоемкости производства.
1. Для технической реализации предлагаемых способов и систем управле
ния разработаны и внедрены:
алгоритмы задания и регулирования момента на валу двигателя петле-держателя, а также размеров петли в межклетевом промежутке (стан 2500);
алгоритмы каскадного регулирования скоростей электроприводов клетей при управляющих и возмущающих воздействиях (стан 2500);
алгоритмы управления электроприводами с компенсацией статической ошибки скорости, в том числе с предварительным подразгоном электроприводов и системы с подразгоном в момент захвата полосы валками (станы 2500 и 2000);
- алгоритмы взаимосвязанного регулирования натяжения и толщины
(стан 2500);
усовершенствованные алгоритмы САРТ с динамической коррекцией толщины и компенсацией возмущающих воздействий по сигналам от выходного толщиномера (стан 2000);
алгоритмы автоматического регулирования толщины с коррекцией межвалкового зазора при прокатке головного участка полосы (стан 2000);
системы двухзонного регулирования скорости электроприводов клетей, обеспечивающие снижение потерь электрической энергии за счет уменьшения потребления реактивной мощности (станы 2000 и 2500).
2. Теоретически и экспериментально доказано, что внедрение разработан
ных электроприводов, систем и алгоритмов обеспечивает необходимую раз
мерную точность при производстве особотонкой полосы и повышает устойчи-
9 вость технологического процесса при прокатке толстых полос из трудноде-формируемых марок стали.
3. Основные технические эффекты от внедрения разработок на станах
2500 и 2000 ОАО «ММК»:
снижение расходного коэффициента за счет повышения точности регулирования толщины на концах рулона;
снижение количества и продолжительности простоев в связи с улучшением условий захвата полосы;
повышение качества проката в результате улучшения показателя разно-толщинности по длине полосы за счет реализации усовершенствованных алгоритмов регулирования толщины и натяжения;
экономия электрической энергии.
-
В результате экспериментальных исследований и длительной эксплуатации подтверждены следующие показатели технико-экономической эффективности предлагаемых решений: экономия металла в объеме 4,13 тыс. т/год, экономия электрической энергии - 4,77 млн. кВтч/год, суммарный экономический эффект - более 14 млн. руб./год.
-
Разработанные технические решения рекомендуются для внедрения на других широкополосных станах горячей прокатки независимо от рода тока и типа электроприводов. Их преимуществом является высокая эффективность при относительной простоте реализации.
В целом, внедрение результатов исследований в прокатное производство расширяет возможности действующих и вновь создаваемых прокатных станов, обеспечивает повышение экономической эффективности за счет энерго- и ресурсосбережения, способствует повышению конкурентоспособности продукции отечественных металлургических предприятий, импортозамещению за счет расширения сортамента горячекатаных полос.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на 20 международных конференциях, форумах и конгрессах, в том числе: IV-VII Международных (XV-XVIII Всероссийских) конференциях по автоматизированному электроприводу АЭП-2004 (Магнитогорск, 2004 г.), АЭП-2007 (Санкт-Петербург, 2007 г.); АЭП-2010 (Тула, 2010 г.), АЭП-2012 (Иваново, 2012 г.), Международных научно-технических конференциях «Электромеханические преобразователи энергии» (Томск, 2005, 2007 гг.); VII международном конгрессе прокатчиков (Москва 2007 г.); Международной научно-практической конференции «Интехмет-2008» (Санкт-Петербург, 2008 г.); I—III международных промышленных форумах «Реконструкция промышленных предприятий - прорывные технологии в металлургии и машиностроении» (Челябинск, 2007, 2009, 2010 гг.), 13-й международной конференции по электромеханике, электротехнологии, электротехническим материалам и компонентам (Алушта, 2010 г.), а также на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ (Магнитогорск, 2003-2013 гг.), на-
10 учно-технических семинарах кафедры АЭП МЭИ (г. Москва, 2005, 2013 гг.), на ряде всероссийских и межрегиональных конференций (2002-2013 гг.).
В 2010-2012 гг. работа выполнялась в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы по направлению «Создание энергосберегающих систем транспортировки, распределения и потребления электрической энергии».
В 2009 - 2010 гг. исследования выполнялись при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых ученых, в 2011 г - областного гранта научно-исследовательских работ высших учебных заведений Челябинской области.
Публикации. По содержанию диссертационной работы опубликовано 75 научных трудов, в том числе 24 в рецензируемых изданиях и 2 монографии. Получены 4 патента РФ на изобретения и 4 патента на полезные модели, официально зарегистрированы 2 программы для ЭВМ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы из 265 наименований. Работа изложена на 360 страницах основного текста, содержит 143 рисунка, 43 таблицы и приложение объемом 33 страницы.
Электрооборудование чистовых клетей
В связи с внедрением технологий, направленных на производство полос расширенного сортамента на станах 2000 и 2500 ОАО «ММК», возникает задача анализа возможностей обеспечения возросших требований к качеству продукции средствами существующих электроприводов и систем автоматического регулирования технологических параметров.
Предварительно необходимо привести информацию о технологических линиях, сортаменте, оборудовании и электроприводах чистовых групп станов 2000 и 2500, а также охарактеризовать тенденции развития технологии станов горячей прокатки.
Необходимы экспериментальные исследования нагрузочных и скоростных режимов электроприводов клетей стана 2000 при прокатке трубной заготовки, анализ ограничений, накладываемых электроприводами на технологический процесс.
Целесообразна оценка влияния настройки систем регулирования скорости на точность регулирования натяжения и толщины в установившихся и динамических режимах. Следует дать анализ причин возникновения продольной разнотолщинности полосы, определить требования, предъявляемые к точности регулирования толщины при прокатке тонких полос.
В соответствии с поставленными задачами необходимо исследование отклонений напряжения сети 10 кВ при прокатке толстых полос из трудно-деформируемых марок стали. Следует дать оценку влияния запаса тиристорного преобразователя по напряжению на динамические и энергетические показатели электропривода. Это позволит разработать способы улучшения энергетических показателей при сохранении высоких динамических характеристик и устойчивости электропривода.
Для решения перечисленных задач проведен комплекс экспериментальных исследований на станах 2000 и 2500, результаты которого представлены в настоящей главе. Конечными целями является обоснование конкрет 23 ных задач по совершенствованию электроприводов и систем автоматического регулирования технологических параметров, а также определение путей их решения.
Как отмечалось выше, в прошедшее десятилетие существенно изменились потребности рынка в продукции прокатного производства. При этом явно выражены две противоречивые тенденции: с одной стороны растет спрос на тонкую горячекатаную полосу (толщиной 0,7ч-1,2 мм), являющуюся конечной рыночной продукцией, с другой, - в качестве основной перспективы ШСГП названа прокатка толстой полосы из труднодеформируемых и специальных сталей. Наряду с изменением конъюнктуры рынка качественно изменились требования потребителей. Исследования, проведенные международным институтом чугуна и стали (IISI), выявили главное требование к металлургическому производству, которое должно быть удовлетворено в XXI веке, это поставка стали высокого качества при низкой стоимости, малыми партиями и в короткое время [21].
На рис. 1.1 представлены диаграммы, характеризующие сортамент сталей, прокатываемых на европейских заводах. Диаграммы получены путем статистического анализа, проведенного фирмой "Shloemann-Siemag Aktiengesellschaft", (SMS, Германия) [17-19]. Необходимо отметить очень большую долю мягких нелегированных сталей, используемых для холодной формовки и прокатки. Доля полос толщиной 0,7-И,2 мм составляет 57% всех холоднокатаных полос из мягких нелигированных сталей, доля полос шириной 900-ПЗОО мм - 72%. Подобное распределение характерно также для США и для других развитых стран [20].
В настоящее время - объединенная фирма "Schloemann-Demag" ("SMS-Demag") Рис. 1.1. Соотношение производства различных марок стали по двадцати западноевропейским странам: 1 - мягкие нелегированные стали для холодной штамповки и прокатки; 2 - свариваемые конструкционные стали; 3 - высокопрочные углеродистые стали; 4 - микролегированные конструкционные и трубные свариваемые стали с мелкозернистой структурой; 5 - нержавеющие стали; б - кремнистые электротехнические стали
Как следует из диаграммы, при представленном "европейском" (достаточно широком) распределении групп материалов по маркам, любой современный широкополосный стан может эксплуатироваться только при очень малом проценте использования своей годовой производительности. В подтверждение этому на рис. 1.2 показаны пределы нагрузки механического оборудования [3]. Наибольшие нагрузки наблюдаются при прокатке стали с высоким сопротивлением деформации. Вращающий момент и усилия прокатки достигают в отдельных клетях максимально допустимых значений, как, например, при прокатке стали X 5 CrNi 1810 в полосу шириной 1830 и толщиной 4,5 мм.
Однако большую часть (93%) рабочего времени при рассматриваемом сортаменте наблюдаются гораздо меньшие нагрузки. Это подтверждают вращающие моменты и усилия прокатки, получаемые для сталей марок St 37 и X 70 (рис. 1.3). Этот факт становится особенно явным при прокатке стали для глубокой вытяжки, например, Stl2 в полосу размером 2,3x1230 мм (рис. 1.3). Вращающие моменты и усилия настолько меньше максимально допустимых значений, что при показанном количестве клетей коэффициент загрузки стана крайне низок.
Допущения, принятые при математическом моделировании электро- и гидроприводов
Анализируемые экспериментальные данные получены с помощью системы мониторинга технологического процесса стана 2000 [103]. Были получены энергосиловые параметры электроприводов клетей стана при прокатке трубной заготовки из стали марок 22ГЮ, 09Г2Д, 09Г2С, 09ГСФ и 13Г1С-У. Проведены статистическая обработка и обобщение параметров прокатки 1950 слябов (не менее 150 слябов каждой марки стали). Данные по загрузке двигателей по току приведены в табл. 1.4 [26]. Таблица 1.4
Данные клетей и электроприводов стана, в том числе номинальные значения токов якорей двигателей представлены в Приложения 1 (табл. П. 1.1). Рис. 1.6 наглядно иллюстрирует уровень загрузки главных электроприводов в процентах от номинального значения.
Анализ результатов экспериментальных исследований показал [104, 105], что при прокатке трубных заготовок при применяемых режимах прокатки двигатели главных электроприводов загружены на 34- -117%. Наиболее загруженными являются клети № 4, 5 и 6. При прокатке стали марок 09Г2С, 09ГСФ и 13Г1С-У перегрузка по току двигателей этих клетей достигает 17%.
В электроприводах клетей чистовой группы применена настройка контуров скорости на модульный оптимум с реализацией пропорциональной структуры регуляторов скорости. Подобная настройка применяется с целью обеспечения максимального быстродействия контура скорости при исключении перерегулирования. Это позволяет получить мягкие механические характеристики электроприводов клетей, делающие работу чистовой группы более устойчивой в случае появления возмущающих воздействий.
1осо - " с d 100 80 60 40 20 0 114 105 106 /—83 fa69 ... f а 77 НД 66 4...12 клети Рис. 1.6. Диаграммы загрузки двигателей при прокатке трубных марок стали Применение ПИ-регулятора вызывает увеличение перерегулирования и колебательный характер переходного процесса скорости, приводит к снижению устойчивости с вытекающими нежелательными последствиями. Это приводит к ухудшению динамических показателей скорости и момента электропривода в режиме захвата полосы валками.
При существующей настройке при ударном приложении нагрузки в момент захвата происходит динамическая просадка скорости вращения валков. Величина этой просадки зависит от момента прокатки, запаса кинетической энергии, накопленной вращающимися массами, скорости отработки возмущающего воздействия системой регулирования, величины люфта в механизме привода рабочих валков. В табл. 1.5 приведены результаты теоретического расчета и экспериментальных исследований величин динамических просадок скорости электродвигателей и валков, полученные без учета упругих деформаций и выбора зазоров [26, 103].
Просадка скорости валков, м/с 0,342 0,231 0,23 0,234 0,318 0,297 0,41 При малой скорости прокатки, величина которой меньше, чем динамическая просадка скорости при захвате металла, возможны кратковременная остановка валков клети и остановка прокатного двигателя при выборке люфтов. Значения таких скоростей при номинальной нагрузке по клетям чистовой группы приведены в табл. 1.6. Остановка рабочих валков, даже кратковременная, приводит к возникновению на их поверхности сетки разгара, снижающей качество прокатываемого металла и уменьшающей срок службы валков. При более длительных остановках неизбежно аварийное отключение всего стана. В связи с этим, прокатка металла на скоростях, когда возможна остановка валков при захвате, недопустима. возможны остановки валков в момент захвата металла. при нагрузке более 90% 1 ном возможны остановки валков в момент захвата металла. Для обеспечения качественной прокатки целесообразно производить захват полосы клетью только при выбранных люфтах. Выборку люфтов целесообразно осуществлять за счет кратковременного, но интенсивного под-разгона клети перед захватом металла. Кроме того, подразгон валков клети при правильном расчете скорости захвата позволит компенсировать статическую ошибку скорости при прокатке основного участка полосы и обеспечить за счет этого повышение точности согласования скоростных режимов электроприводов и соответственно повышение точности регулирования натяжения. В случае прокатки металла с подразгоном перед захватом полосы допустимые минимальные скорости прокатки могут быть значительно ниже существующих (см. последнюю строку табл. 1.6).
Таким образом, выполненный анализ работы электромеханических систем прокатных клетей показал целесообразность реализации режима под-разгона валков как с точки зрения компенсации статических отклонений скорости, которые при прокатке толстых полос на низких скоростях достигают 15% установившейся скорости, так и для компенсации динамических отклонений, возникающих при захвате полосы. Такой режим целесообразно реализовать путем введения специализированного блока компенсации просадки скорости [106]. Разработка такого блока компенсации является одной из задач, поставленных в диссертационной работе.
Схема расположения технологического оборудования стана представлена на рис. 1.7 [108]. Технологическая линия состоит из участка загрузки, участка нагревательных печей, черновой и чистовой групп, с промежуточным рольгангом между ними, и линии смотки.
Черновая группа состоит из реверсивной клети дуо 5, уширительной клети кварто 6, реверсивной универсальной клети кварто 7, универсальной клети кварто 8. Чистовая группа включает летучие ножницы 10, чистовой окалиноломатель 11 (клеть дуо), семь клетей кварто 12. Между клетями установлены устройства ускоренного охлаждения полос (межклетевое охлаждение). Промежуточный рольганг 9, оснащенный тепловыми экранами типа энкопанель, обеспечивает сброс и разделку недокатов. Линия смотки включает отводящий рольганг 13 с тридцатью секциями охлаждения полосы (верхнее и нижнее душирование), четыре моталки 14 и тележки с подъемно-поворотными столами.
Толщина подката после черновой группы, в зависимости от сечения прокатываемых полос, составляет 25- 30 мм. Прокатка полос до заданной толщины производится в клетях чистовой группы, где полоса находится одновременно в нескольких или во всех клетях.
На входе чистовой группы стана (рис. 1.7) установлены летучие ножницы, обрезающие неровные передний и задний концы полосы, тем самым улучшая её заправку в валки чистовой группы.
Совершенствование алгоритмов САРНиП стана 2500
Известно, что отклонение натяжения более чем на 15% приводит к недопустимой разнотолщинности полосы по длине. Для восстановления заданных значений угла подъема петледержателя и натяжения САРНиП отрабатывает возмущающее воздействие со стороны гидронажимного устройства, подавая с некоторой задержкой по времени управляющее воздействие на скорость VnW предыдущей клети (рис. 3.13, д). Время восстановления заданного натяжения Т10 составляет 0,6-0,8 с, а положения петледержателя $пд!0 2,5-2,8 с.
Кроме того, были проведены аналогичные исследования при изменении положения гидронажимного устройства на 4%. Установлено, что такое перемещение в традиционной системе приводит к отклонению угла подъема петледержателя на 15-17%. Это вызывает отклонения натяжения более чем в 2 раза, что означает полную потерю натяжения. Такой режим является аварийным, т.к. не отрабатывается системами регулирования. Это приводит к недопустимым отклонениям длины полосы, либо ее порыву и остановке стана (подобный режим исследован при проверке адекватности модели, осциллограммы представлены на рис. 2.18, а).
Аналогичные процессы протекают и при перемещении гидронажимного устройства вверх. При изменении положения на 2%, отклонения регистрируемых параметров происходят с противоположными знаками, а натяжение Т10 в полосе отклоняется от заданного значения на 60-68%.
Для исключения недопустимых отклонений натяжения и положений петледержателя был исследован способ коррекции скорости с воздействием от САРТ последующей клети на СУРС предыдущих клетей, предложенный в п. 3.3 (каскадная коррекция при перемещении гидронажимного устройства, рис. 3.10). При перемещении НУ последующей клети (рис. 3.13, а) подается корректирующий сигнал на скорость предыдущей клети (рис. 3.13, д, кривые «Система с коррекцией»). При этом скорость Vnl0 клети изменяется, за счет чего поддерживается длина петли в межклетевом промежутке на прежнем заданном значении при заданном натяжении. Из осциллограмм на рис. 3.13 видно, что применение этой коррекции позволяет добиться стабильной работы петледержателя при перемещении гидравлического НУ. Его положение практически не изменяется (отклонения 1,1+1,8%), при этом динамическое отклонение натяжения составляет 13+15%, что вполне удовлетворяет требованиям для современных станов горячей прокатки.
Применение предложенного корректирующего воздействия от САРТ позволяет исключить аварийные режимы. Так, перемещение НУ на 4% в системе с каскадным регулированием скорости происходит при незначительных отклонениях угла подъема петледержателя и сохранении динамических отклонений натяжения в допустимых пределах (15+17%).
Моделирование режима коррекции при изменении скорости последующей клети Изменение скорости одной из клетей оператором является возмущающим воздействием для всех предыдущих клетей. Исследования этого режима выполнены по методике, рассмотренной в предыдущем параграфе. В качестве примера, на рис. 3.14 приведены осциллограммы при уменьшении скорости последующей клети на 1,5%.
Уменьшение скорости (0ки 11-й клети на 1,5% (рис. 3.14, а) в системе без автоматической коррекции скорости приводит к увеличению длины полосы в предыдущем по отношению к данной клети межклетевом промежутке. Аналогично кривым, представленным на рис. 3.10, возникают положительное приращение скорости со„д/0 петледержателя до 0,14+0,17 с"1 (рис. 3.14, б) и отклонение петледержателя Рид/0 от заданного положения на 9+11% (рис. 3.14, в). Как видно из рис. 3.14, г, увеличение длины прокатываемой полосы в межклетевом промежутке приводит к динамическому изменению натяжения Т10: изначально в сторону уменьшения на 66+74% до значения 7,5 кН, при заданном 20 кН, а затем в сторону увеличения до 24+25 кН. При этом САРНиП отрабатывает возмущающее воздействие за счет воздействия на скорость предыдущей клети (рис. 3.14, д). Время восстановления заданного натяжения составляет 0,9+1,1 с, а положения петледержателя -2,6+2,9 с.
Кривые изменения параметров межклетевого промежутка при ручном уменьшении скорости последующей клети на 1,5% Аналогичные процессы, но с противоположными знаками, протекают при увеличении скорости сок// последующей клети. Петле держатель опускается на 9- -11%, а натяжение Т]0 в полосе отклоняется от заданного значения до 59-67 %.
Также были проведены исследования на математической модели известного и предложенного способов регулирования при изменении скорости последующей клети на 3%. Ручная коррекция скорости в традиционной системе приводит к отклонению угла подъема петледержателя $ndW до 18-21%, что вызывает потерю натяжения Т10 в полосе либо превышение заданного натяжения более чем в 2 раза.
Как и в предыдущем случае, каскадное управление скоростными режимами обеспечивает ограничение динамических отклонений натяжения и положения петледержателя при ручной коррекции скорости. При появлении управляющего воздействия на скорость какой-либо клети (рис. 3.14, а) одновременно подается корректирующий сигнал на скорость предыдущей клети (рис. 3.14, д). Из осциллограмм следует, что обеспечивается устойчивый угол подъема петледержателя (отклонение 0,2-0,5% на рис. 3.16, в) и сохраняется заданное натяжение (рис. 3.14, г). В результате поддерживается заданная длина полосы в межклетевом промежутке при обеспечении требуемого натяжения. Таким образом, применение каскадной коррекции позволяет добиться стабильной работы петледержателя при воздействии оператора на скорость клети.
Кроме рассмотренных режимов, были исследованы режимы усовершенствованной СУРС при коррекции скоростей от возмущающих воздействий, вызванных изменением угла подъема петледержателя при прокатке [27, 191, 192]. Получены результаты, аналогичные представленным на рис. 3.13 и 3.14, поэтому далее не рассматриваются.
Система управления возбуждением с автоматическим регулированием ЭДС в функции напряжения сети
Функциональная схема системы двухзонного регулирования скорости электропривода клети чистовой группы стана 2000 представлена на рис. 6.1. [136, 237]. Система регулирования магнитного потока зависимая в функции ЭДС двигателя. Разгон двигателя до номинальной скорости (первая зона) осуществляется за счет изменения напряжения, подводимого к якорю двигателя при постоянном напряжении обмотки возбуждения. Регулирование скорости в диапазоне выше номинальной производится за счет изменения магнитного потока при постоянстве ЭДС двигателя. Система автоматического регулирования (САР) скорости, за счет изменения подводимого к якорю двигателя напряжения двухконтурная с внешним контуром регулирования скорости двигателя и подчинённым ему контуром регулирования якорного тока. Сигнал задания на скорость поступает из системы АСУ ТП на вход задатчи-ка интенсивности скорости (ЗИС), который служит для ограничения максимальной величины ускорения привода. Выходной сигнал ЗИС поступает на регулятор скорости PC, где сравнивается с сигналом обратной связи по скорости. Также на вход PC поступает сигнал обратной связи по давлению металла на валки от датчиков давления, что увеличивает быстродействие контура регулирования в зоне прерывистого тока.
Для ограничения величины якорного тока выходной сигнал PC ограничивается блоком ограничения БО. Перегрузочная способность двигателя при ослаблении магнитного потока падает, поэтому ограничение выполнено зависимым от скорости, в соответствии с эксплуатационной характеристикой двигателя.
Эта характеристика реализуется в блоке РМ, на вход которого подаётся модуль сигнала обратной связи по скорости от блока выделения модуля БВМ. Постоянство коэффициента усиления PC во второй зоне регулирования скорости достигается умножением сигнала выхода регулятора скорости на сигнал обратной связи по скорости. Для этого предусмотрено множительное устройство МУ.
Функциональная схема САР возбуждения двигателя представлена на рис. 6.2. САР возбуждения для якорей Ml и М2 двухъякорного двигателя аналогичны. Система регулирования тока возбуждения двухконтурная: внешний - контур регулирования ЭДС якоря Ml, внутренний - контур регулирования тока возбуждения. На рис. 6.3 представлены осциллограммы переходных процессов координат электропривода клети № 8 стана 2000 при прокатке полос двух профилей, отличающихся моментом и скоростью прокатки и соответственно нагрузкой электропривода (обозначения кривых и численные значения представлены на рисунке). Для первых четырех полос одного сортамента прокатка ведется с ослаблением потока возбуждения в 1,6 раза (с 286 А до 175 А). Соответственно скорость в конце прокатки составляет 80 об/мин, при заправочной скорости около 50 об/мин и скорости начала ослабления потока 60 об/мин. Как видно, при ослаблении потока возбуждения ЭДС двигателя поддерживается на уровне 883 В, составляющем 0,98 номинального значения (900 В).
Прокатка пяти полос другого сортамента осуществляется практически полностью в первой зоне, без ослабления потока возбуждения (снижение тока возбуждения в процессе ускорения осуществляется с 287 А до 273 А, т.е. на 5%). Как следует из представленных осциллограмм, процессы полностью соответствуют теоретическим для системы зависимого регулирования скорости, рассмотренным, например, в [174, 238].
Преимуществом способа регулирования потока возбуждения при постоянстве ЭДС двигателя является более благоприятный с точки зрения запаса по углу регулирования режим работы инверторной группы при рекуперативном торможении привода на участке усиления потока [239]. Для определения запаса тиристорного преобразователя по напряжению в работе [240] приведены зависимости, позволяющие рассчитать коэффициент запаса для однократноинтегрирующей и двухкратноинтегрирующей систем регулирования скорости. Однако известные способы управления двигателем не учи 252
тывают влияния возможных отклонений напряжения сети на устойчивость электропривода в режиме инвертирования [241, 242].
Кроме того, как показано в п. 1.10, 1.11, энергетические показатели электроприводов стана 2000 далеки от оптимальных. Поставлена задача разработки тиристорных электроприводов с улучшенными энергетическими показателями за счет снижения потребления реактивной мощности при неизменно высоких динамических характеристиках и показателях надежности. Ниже представлена информация о разработанных системах двухзонного регулирования скорости с переключающимися структурами.
Способ зависимого управления потоком возбуждения с автоматическим регулированием выпрямленной ЭДС тиристорного преобразователя
В [137, 180] предложен способ зависимого управления потоком возбуждения в функции выпрямленной ЭДС ТП, который принят за базовый при разработке электроприводов с улучшенными энергетическими показателями. На основании данного способа и рассмотренной в п. 1.11.3 концепции построения систем ДЗРС, в основу которой положен принцип перераспределения запаса выпрямленной ЭДС в установившихся и динамических режимах, разработаны способы управления потоком возбуждения и функциональные схемы энергосберегающих тиристорных электроприводов прокатных станов [137].
Суть предложенного способа управления поясняется с помощью временных диаграмм, представленных на рис. 6.4, которые показывают характер переходных процессов тока /, ЭДС двигателя Е и выпрямленной ЭДС Ed тиристорного преобразователя (ТП) при ударном приложении нагрузки в момент времени t0 =0, а также при плавном увеличении нагрузки в промежуток времени t2 +t3.
Временные диаграммы тока, ЭДС двигателя и выпрямленной ЭДС в системе с автоматическим изменением задания выпрямленной ЭДС ТП По данному способу задание выпрямленной ЭДС Ed3 ТП устанавливается ниже номинальной выпрямленной ЭДС EdH на величину AEdmax, определяемую по зависимости (1.1). Ударное приложение нагрузки, происходящее в момент времени t0=0, сопровождается ростом тока / до установившегося значения 1ст, равного номинальному току 1н. Выпрямленная ЭДС (кривая Ed) получает приращение AEd, которое предлагается осуществлять по апериодическому закону. В результате она повышается до номинального уровня EdH без перерегулирования (кривая EdB момент времени г,не превышает EdH). ЭДС Е электродвигателя, которая в режиме холостого хода соответствует заданию Е , также повышается до своего номинального значения Ен и при установившемся токе нагрузки 1ст, не превышающем 1Н (т.е. до момента времени t2), поддерживается на данном уровне. При росте тока выше номинального (промежуток времени t2+t3) по-прежнему обеспечивается поддержание выпрямленной ЭДС Ed тиристорного преобразователя на уровне Ed - EdH за счет снижения ЭДС электродвигателя Е на величину падения напряжения /SIcmR3 на эквивалентном сопротивлении R3 цепи выпрямленного тока (здесь А1ст соответствующее приращение тока нагрузки).
На рис. 6.5 показано подключение дополнительных узлов системы управления, позволяющих обеспечить данный способ регулирования [180, 243]. На схеме обозначены ДВ ЭДС - датчик выпрямленной ЭДС, ДСТ - датчик статического тока, УК - управляемый ключ. Остальные обозначения приведены ранее.
