Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности динамических нагрузок электромеханических систем черновых клетей 11
1.1. Обзор исследований динамических нагрузок в приводных линиях прокатных станов 11
1.2. Схемные решения ограничения динамических нагрузок 15
1.3. Основные подходы моделирования главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя 28
ВЫВОДЫ 31
2. Моделирование главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя 34
2.1. Параметры электромеханической системы, влияющие на построение модели черновой клети 34
2.2. Построение математической модели главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя 38
2.3. Построение структурной схемы главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя 46
2.4. Построение структурной схемы главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя с учетом демпферной обмотки и насыщения на переходные процессы 50
2.5. Построение модели черновой клети №5 стана 2000 ОАО «НЛМК» в программе MATLAB 60
2.6. Адекватность построенной модели реальным данным 63
ВЫВОДЫ 68
3. Исследование ограничений динамических нагрузок на модели черновой клети 69
3.1. Общие принципы ограничения динамических нагрузок клети прокатного стана 69
2. Натяжение кинематической цепи черновой клети при помощи воздействия на цепь возбуждения синхронного двигателя 72
3. Ограничение динамических нагрузок с помощью автоматического регулирования возбуждения 76
4. Ограничение динамических нагрузок с помощью преобразователя частоты 78
ВЫВОДЫ 81
Экспериментальное исследование динамических нагрузок черновых клетей 83
1. Ограничение динамических нагрузок при помощи торможения валков и воздействия на цепь возбуждения синхронного двигателя 83
2. Описание устройства выборки люфтов в линии привода прокатного стана 85
3. Экспериментальное исследование ограничения динамических нагрузок с помощью тормозного устройства 91
4. Определение степени влияния электромеханической связи черновой клети на разрушение фундамента стана 93
Выводы 98
Заключение 100
- Основные подходы моделирования главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя
- Построение структурной схемы главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя с учетом демпферной обмотки и насыщения на переходные процессы
- Натяжение кинематической цепи черновой клети при помощи воздействия на цепь возбуждения синхронного двигателя
- Ограничение динамических нагрузок при помощи торможения валков и воздействия на цепь возбуждения синхронного двигателя
Введение к работе
Актуальность работы. Серьезной проблемой на стане горячего проката металла, возникающей при эксплуатации электромеханических систем черновых клетей с синхронными нерегулируемыми двигателями на нём, является высокая динамическая загруженность оборудования, приводящая к его преждевременному износу и поломкам. А именно, в процессе работы данных станов, возникают поломки рабочих валков, муфт, шестеренных валков, шпинделей, корпусных и крепежных деталей редукторов и др. оборудования; возникает преждевременный износ подушек рабочих валков, проем станин клетей, лопастей, вилок и вкладышей универсальных шпинделей; разрушаются зубчатые передачи в кинематических линиях клетей; в электроприводах на основе синхронных двигателей возникают пробои пазовой изоляции, обмоток статоров, ломается ротор двигателя и т.д. [43] Это только часть поломок на клетях. Анализ статистики поломок показывает, что 90% разрушений деталей машин носят усталостный характер и происходят в результате действия переменных динамических нагрузок [38]. В совокупности все это приводит к росту эксплуатационных расходов, текущих простоев станов, к уменьшению прочности прокатного оборудования, снижению долговечности и производительности механизмов, к ухудшению качества проката. При этом, разнообразие и сложность технологических процессов при производстве проката, широкая номенклатура и высокая энерговооруженность оборудования, постоянно растущий уровень их автоматизации предъявляют к электроприводу прокатных станов весьма широкий спектр технико-экономических требований, определяющими из которых являются эксплуатационная надежность и реализация электроприводом всех предъявляемых к нему технологических требований с максимальной производительностью проката. Перспективы развития и модернизации электропривода прокатных станов неразрывно связаны с совершенствованием и развитием технологии производства проката и заставляют исследователей искать наиболее оптимальные пути перевооружения промышленности.
5 Научно - исследовательские работы по модернизации электроприводов прокатного стана были начаты в 50-60-х годах XX века в отделе металлургического машиноведения Днепропетровского института черной металлургии по проблеме динамики металлургических машин прокатного оборудования. Уже тогда особо важно отмечали чрезмерно высокую динамическую загруженность главных приводов прокатных станов: блюмингов 950 и 1150 завода им. Дзержинского, блюминга 1100 Енакиевского завода, слябингов 1150 завода им. Ильича и «Запорожсталь», Криворожского металлургического завода им. Ленина и др. [36]. Результаты исследований динамических нагрузок на непрерывном тонколистовом стане завода «Запорожсталь» показали, что величина коэффициентов динамичности на шпинделях IV и V клетей достигает 2,5...3,5, а на моторных валах 4...6. В остальных клетях стана коэффициенты динамичности несколько меньше, однако, и они работают в тяжелых динамических условиях. Особенно в тяжелых динамических условиях работают главные линии непрерывных широкополосных станов горячей прокатки с электроприводом от мощного нерегулируемого синхронного двигателя. Наибольшую часть из них составляют клети черновой группы. В этих клетях прокатка на высоких скоростях чередуется со сравнительно короткими паузами между выходом предыдущей и входом следующей полосы, причем, коэффициенты динамичности, возникающие при захватах металла валками, достигают значений 2,5...3,5 в шпинделях и 3...5 в моторных валах. Необходимость прокатывать широкие и толстые листы на высоких скоростях из трудно деформируемых сталей вызывает еще больший уровень динамических нагрузок. На IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу в Магнитогорске (проходившей с 14 по 17 сентября 2004 г.) была отмечена проблема высокой динамической загруженности электромеханических систем черновых клетей прокатных станов с приводом от мощного нерегулируемого синхронного двигателя на ОАО «Магнитогорском металлургическом комбинате», ОАО «Новолипецком металлургическом комбинате», и др. крупных металлургических заводах [71].
В последнее время возникла новая проблема. Стал разрушаться железобетонный фундамент клетей и появляться трещины в стенах цеха прокатного производства, в частности проблема наблюдается в цеху ОАО «НЛМК» на фундаменте черновых клетей с электроприводами от синхронных двигателей [70]. Существует несколько мнений о причинах разрушения фундамента. Базовым мнением является мнение о накоплении усталостных повреждений в виде микротрещин в фундаменте и стенах цеха прокатного оборудования, вызванных непрерывной работой стана с высоким коэффициентом динамичности. К сожалению, до настоящего времени, научные исследования по установлению причин разрушения фундамента со стороны действия электромеханических сил черновой клети с электроприводом от сшгхронного двигателя не проводились. Поэтому поиск причин и определение их значимости на процесс разрушения фундамента, с точки зрения электромеханических сил возникающих в черновой клети с электроприводом от сшгхронного двигателя, является важной задачей.
Таким образом, необходимо заниматься разработкой способов, позволяющих снижать динамические нагрузки электромеханических систем черновых клетей с синхронными нерегулируемыми двигателями. Однако разрабатывать способы снижения динамических нагрузок на действующем стане, где установлены эти клети, опасно. Т.к. увеличивается риск выхода его из строя, оцениваемый в несколько миллионов рублей. В связи с этим понятно, что разрабатывать способы снижения динамических нагрузок на модели черновой клети экономически выгодней. К сожалению, ранее известные модели не позволяют это сделать, т.к. в них двигатель представлен по упрощенным уравнениям, а также нет моделирующих систем, обеспечивающих его регулирование и управление. Поэтому создание уточненной модели и разработка способов снижения динамических нагрузок для уже работающих электроприводов черновой клети с синхронными двигателями, с учетом всего многообразия современных конструктивных решений представляет актуальную научно-техническую задачу.
Исходя из вышеприведенных фактов, была сформулирована тема диссертационной работы: «Снижение динамических нагрузок электромеханических систем черновых клетей с синхронными нерегулируемыми двигателями».
7 Целью работы является разработка способов, обеспечивающих ограничение динамических нагрузок электромеханических систем черновых клетей с синхронными двигателями прокатных станов, работающих в интенсивных режимах при резкопеременной нагрузке и повышающих за этот счет свою долговечность и работоспособность в сложных условиях металлургического производства.
Идея работы состоит в создании уточненной компьютерной модели электромеханической системы черновой клети с электроприводом от синхронного двигателя с параметрами демпферной обмотки и насыщения магнитной цепи, позволяющей разрабатывать способы ограничения динамических нагрузок по различным каналам воздействия на электропривод клети.
Задачи работы:
разработка компьютерной модели черновой клети с электроприводом от синхронного двигателя, позволяющей исследовать динамику черновой клети при изменении параметров электромеханической части клети;
получение закона управления напряжением возбуждения двигателя позволяющего снижать динамические нагрузки черновой клети;
исследование системы преобразователь частоты синхронный двигатель черновой клети предназначенной для снижения динамических нагрузок черновой клети;
разработка тормозного устройства черновой клети с использованием модели предназначенного для снижения динамических нагрузок черновой клети;
исследование побочных факторов от работы электромеханических систем черновой клети на разрушение фундамента черновой клети.
Научная новизна заключается:
- в предложенной универсальной методике построения модели черновой
клети с электроприводом от сшгхронного двигателя, отличающейся учетом
влияния демпферной обмотки и насыщения на переходные процессы, позво
ляющей моделировать процессы изменения напряжения возбуждения двигателя
и частоты питания двигателя;
в полученных законах изменения напряжения возбуждения двигателя во времени и изменения частоты сети питания обмотки статора двигателя, отличающихся обеспечением закрытия зазора в кинематической цепи черновой клети на холостом ходу и устранением собственных колебаний двигателя, что обеспечивает повышение перегрузочной способности двигателя черновой клети до входа металла в валки и тем самым уменьшает динамические нагрузки;
в разработанном законе подтормаживания опорных валков черновой клети, отличающимся использованием блока регулирования напряжения возбуждения для увеличения угла нагрузки тета двигателя, позволяющего снижать динамические нагрузки на 30%.
Практическая ценность состоит в том, что:
разработана компьютерная модель черновой клети с приводом от мощного синхронного двигателя, предназначенная для исследований способов снижения динамических нагрузок;
предложены способы снижения динамических нагрузок черновой группы с электроприводом от мощных синхрошшх двигателей, на основании разработанных законах изменения напряжения возбуждения во времени и изменения частоты сети питания двигателя, обеспечивающие снижение динамических нагрузок до 50%, в зависимости от соотношений параметров электромеханической системы черновой клети;
предложено схемное решение снижения динамических нагрузок установкой тормозного устройства и блока регулирования напряжения возбуждения, обеспечивающее снижение динамических нагрузок на 30...35%;
установлено для разработчиков и инженеров конструкторов по модернизации черновой группы прокатного стана 2000 ОАО «НЛМК», что существующая электромеханическая система черновой клети не вносит существенных влияний на разрушение фундамента черновой группы, за исключением действия, ранее установленных, динамических нагрузок.
Методы и объёмы исследования. Теоретические исследования проводились с использованием аналитической теории синхронной машины, теории обобщенной электрической машины, дифференциально - интегрального исчис-
9 ления и операторного метода решения уравнений. При проведении расчетов и
моделирования на ЭВМ использовался программный пакет MATLAB 6.0, а также входящее в его состав средство визуального программирования SIMU-LINK. Результаты работы базировались на большом объёме экспериментальных исследований, проводившихся в промышленных условиях путем прямого осциллографирования с последующей обработкой результатов.
Достоверность результатов и выводов, состоит в прямой идентификации осциллограмм переходных процессов полученных на модели с осциллограммами полученных на реальном объекте (относительная погрешность не превышает 5%).
Реализация работы: Компьютерная модель черновой клети с электроприводом от синхронного двигателя использовалась в листопрокатном цехе ОАО «НЛМК», при разработке тормозного устройства для снижения динамических нагрузок, что подтверждается актом об использовании результатов от 07 ноября 2005 года, с ожидаемым экономическим эффектом около 120 тыс. рублей в год на одно тормозное устройство.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на: ежегодной научно - технической конференции студентов и аспирантов факультета автоматизации и информатики ЛГТУ (г. Липецк, апрель 2002 г.); международной научно практической конференции и ЭМС (г. Новочеркасск, октябрь 2003 г.); научно - практической конференции молодых ученых и специалистов центра России «Молодые ученые центра России: вклад в науку XXI века» (г. Тула, ноябрь 2003 г.); Всероссийской научно - технической конференции «Электроэнергетика, энергосберегающие технологии» (г. Липецк, апрель 2003 г.); научно - технической конференции кафедры электропривода ЛГТУ (г. Липецк, июль 2004 г.); IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (г. Магнитогорск, сентябрь 2004 г.).
10 Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и 4 приложений. Общий объем диссертации составляет 154 страниц, в том числе 113 основного текста, 54 рисунков, 3 таблиц, список литературы из 94 наименований, приложение на 42 страницах.
Основные подходы моделирования главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя
Во введении было обосновано, что необходимость построения модели вызвана трудностью проведения экспериментов на действующей клети. Следу 29 ет заметить, что по своему методу моделирование может быть физическим и математическим. В основу метода физического моделирования положено изучение процессов на моделях одной физической природы с оригиналом. Этот метод позволяет не только исследовать явления, не имеющие математического описания, но и дает возможность получить необходимые для этого описания данные. Физическое моделирование наиболее эффективно используется для исследования процессов при разработке отдельных регуляторов, входящих в общий комплекс системы автоматического регулирования. Математическое моделирование основано на тождественности дифференциальных уравнений, описывающих процессы в оригинале и функциональные зависимости между выходными величинами на модели. При этом физическая природа процессов, протекающих в модели, может быть не только отличной от таковой в оригинале, но и сами эти процессы могут описываться совершенно другими дифференциальными уравнениями. Метод математического моделирования является универсальным, т.к. он позволяет с помощью одного вычислительного устройства решать практически любые задачи, имеющие математическое описание.
Моделированием переходных процессов главной линии прокатного стана с учетом электрического привода стали заниматься с момента распространения электронно вычислительных машин (ЭВМ) в науке и производстве. В 1974 году выпустили широко распространенный справочник, который используется инженерами и учеными в расчетах и до настоящего времени, под редакцией Болынама по проектированию электроснабжения промышленных предприятий. Там дан принцип построения моделей электропривода [65]. Например, в справочнике описана структурная схема системы управления электроприводом клети прокатного стана. Однако там, рассматривается двигатель постоянного тока, электромеханические уравнения которого для построения модели просты:
Наибольший интерес для данной работы представляет структурная схема системы управления возбуждением СД (16 МВА, 6 кВ, 1,5 кА, 375 об/мин) прокатной клети [65], особеїшостью которой является представление косинуса угла тета СД в виде:
Эта запись избавляет от трудностей, связанных с использованием нелинейных блоков, аппроксимирующих тригонометрические функции в ограниченном диапазоне изменения угла. Для уменьшения погрешности при вычислении cos 0 и sin 8 используется коррекция, действующая при нарушении равенства cos 0 + sin 9 =1. В целом, таким образом, можно анализировать п/п статической и динамической устойчивости при небольших возмущениях параметров СД. Кроме того, можно промоделировать процесс выхода СД из синхронизма при приложении нагрузки больше номинальной. Основным недостатком является невозможность рассматривать п/п при ударных нагрузках в момент захвата металла валками и нельзя исследовать форсировку возбуждения СД прокатной клети в процессе натяжения кинематической цепи клети, а также нельзя рассмотреть клеть как многомассовую ЭМС с упругими связями и зазором в сочленениях элементов клети.
Вычислительная техника, для построения модели главной линии прокатного стана, в настоящее время разнообразна. За истекшие четверть века быстродействие, емкость памяти и надежность ЭВМ повысились на несколько порядков. Например, тактовая частота современных процессоров в данное время порядка 3,5 ГГц, а 10 лет назад была 500... 600 МГц. Одновременно с улучше 31 нием параметров и характеристик ЭВМ происходит быстрое уменьшение их габаритов, потребления энергии в удельной стоимости. В последнее десятилетие широкое распространение получили персональные ЭВМ. В данной работе будет использоваться настольный персональный компьютер с тактовой частотой 1,5 ГГц, оперативной памятью 256 Mb. Обоснованность такой конфигурации принята из практики. Использовать более совершенные компьютеры для решения подобных задач экономически не выгодно, а менее мощные не будут быстро справляться с решением уравнений вида (2.14), выведенных в главе 2 настоящей работы.
Построение структурной схемы главной линии прокатного стана с электроприводом от синхронного двигателя с учетом демпферной обмотки и насыщения на переходные процессы
Согласно теории обобщенной машины обмотка возбуждения СД размещена на оси d, см. рис. 2.3 и подключена к источнику постоянного напряжения UB. Обмотки фаз статора питаются симметричной двухфазной системой напряжения:
Uld=UiMax-sine3n; (2.13
Uiq= - UiMax-cos93
где 0ЭЛ= f [cflo(t) - o(t)]-dt - угол отклонения ротора от результирующего магнитного поля СД; (Oo(t) - скорость вращения магнитного поля статора СД; Ubax - максимальное напряжение на статоре СД.
Добавляя уравнения (2.11), (2.12), (2.13) в (2.10) получим систему уравнений главной линии прокатного стана с ЭП от СД с учетом демпферной обмотки:
Система (2.14) дает полное математическое описание электромагнитных процессов ЭМС с упругими связями и зазором в кинематической цепи главной линии прокатного стана с ЭП от СД с учетом демпферной обмотки. Структурная схема с учетом насыщения магнитного потока СД для системы (2.14) выглядит как на рис. 2.7.
Данная схема позволяет исследовать следующие п/п главной линии прокатного стана с ЭП от СД:
- процесс захвата и выброса металла валками;
- процесс регулирования скорости вращения СД;
- процесс регулирования тока возбуждения СД с форсировкой тока;
- процессы изменения следующих параметров главной линии прокатного стана: в механической части:
- величины зазора в любом месте кинематической цепи;
- момента инерции кинематической цепи;
- жесткости между элементами кинематической цепи; в электрической части:
- тока и напряжения статора по продольной и поперечной оси;
- тока и напряжения ротора по продольной оси;
- индуктивности статора, ротора и их взаимной индуктивности;
- активного сопротивления статора, ротора.
Данную схему следует использовать только для параметров СД представленных в абсолютных единицах с приведенными обмотками статора к ротору и для параметров кинематической цепи главной линии прокатной клети с учетом приведения скорости вращения масс к скорости вращения ротора двигателя.
Далее разработаем методику построения модели черновой клети с электроприводом от синхронного двигателя. Методику построения модели сведем к нескольким этапам. Первый этап будет состоять из расчета параметров черновой клети определяемых по структурной схеме рис. 2.7. На следующем этапе строиться модель черновой клети в программе MathLab согласно расчетным значениям. Заключительный этап состоит в процесса адекватности реальным п/п. В качестве примера построения модель будем использовать черновую клеть №5 стана 2000 листопрокатного цеха стана 2000 ОАО «НЛМК». Эта клеть является наиболее нагруженной с точки зрения динамики [8] и поэтому представляет наибольший интерес в диссертационной работе. Техническая информация синхронного двигателя приведена в табл. П1.1. Из основных характеристик клети следует отметить то, что электропривод клети осуществляется через редуктор с передаточным числом i=4,6 единиц от синхронного двигателя мощностью 10 МВт, с трехфазным переменным напряжением питания статорной обмотки 10 кВ, частотой 50 Гц. Ниже приводятся расчеты.
Натяжение кинематической цепи черновой клети при помощи воздействия на цепь возбуждения синхронного двигателя
Оценим предварительно эффект от снижения динамических нагрузок, который можно получить, если зазор в схеме будет полностью выбран. На рис. П3.14 представлены процессы моделирования захвата металла валками при полностью выбранном зазоре рис. П3.14. (а) и раскрытом зазоре рис. П3.14 (б). Нагрузка на валу двигателя равна номинальной. Из данных рисунков следует, что коэффициент динамичности при полностью закрытом зазоре равен 1,88, а при полностью открытом зазоре равен 2,66. Т.е. максимально снизить Кд, за счет закрытия зазора, возможно на 41%.
Рассмотрим каким образом необходимо влиять на обмотку возбуждения СД, чтобы закрыть зазор. Из угловой характеристики СД рис. 3.2 (а) видно, что при увеличении тока возбуждения внутренний угол двигателя уменьшается, при постоянной нагрузке на валу. Очевидно, что изменяя угол 0 изменяется величина зазора. Поэтому, если перед захватом металла валками сделать напряжение возбуждения минимальным, а потом его увеличить, то это приведет к тому, что угол 0 измениться на величину А6. А из-за разной инерционности магнитных силовых линий и вращающихся масс прокатной клети, резкое изменение угла 0 приведет к тому, что ротор двигателя в динамике провернется на угол Да рис. 3.2 (б).
Определим на сколько электрических градусов ігужно провернуть ротор двигателя черновой клети №5, чтобы закрыть зазор. При этом также примем во внимание, что основной зазор приходится на шпиндельный узел. Зазор в рассматриваемом узле составляет 0,002 рад [по данным канд. техн. наук Ченцова] или: геометрических градусов = (360x0,002) / (2л) = 0,115. (3.3)
Передаточное число редуктора в черновой клети №5 равно 4,6. Соответственно чтобы выбрать зазор в схеме, ротор двигателя должен провернутся на угол:
Таким образом ясно, чтобы закрыть зазор в шпиндельном узле необходимо ротор двигателя повернуть на 10,58 электр. градуса. Но, при этом, из угловой характеристики СД черновой клети №5 следует, что на х.х., изменение тока возбуждения от ЗООА до 1000 А заставляет ротор двигателя повернутся всего лишь на 2 электрических градуса, рис. 3.3. Т.е. удаётся закрыть зазор на 20%. Однако, если учитывать инерционную составляющую вращающихся масс и магнитного потока, то теоретически возможно добиться большей величины закрытия зазора. Промоделируем процесс закрытия зазора при помощи изменения тока возбуждения. Для этого на х.х. уменьшим ток возбуждения до минимального значения, а затем, перед входом металла в валки, увеличим его. Фрагмент модели позволяющий рассматривать процесс закрытия зазора при помощи изменения тока возбуждения выше описанным способом представлен в приложении 4 на рис. П4.1. На рис. П3.15 представлен п/п упругого момента, полученный данным образом. Из него видно, что Кд = 1,72, т.е. уменьшился на 54%.
Чтобы убрать остальные колебания момента, а соответственно снизить динамические нагрузки необходимо рассматривать систему АРВ, позволяющую демпфировать колебания в СД.
Принцип работы АРВ, предназначенных демпфировать колебания СД, основан на отслеживании изменения какого либо из параметров двигателя и, в соответствии с контролируемым параметром, формировании задания на изменения напряжения возбуждения. Контролируемый параметр определяется из условий предъявляемых к быстродействию системы. Например, в качестве контролируемого параметра можно использовать скорость вращения ротора синхронного двигателя. В статическом режиме она постоянна. В динамике она отклоняется от статического значения и колеблется в пределах, определяемых выпадением СД из синхронизма. При уменьшении скорости от равновесного состояния формируется задание на увеличение тока возбуждения и наоборот, при увеличении скорости от равновесного состояния формируется задание на уменьшение тока возбуждения. Промоделируем процесс уменьшения колебаний СД, таким образом. Для этого соберем схему как на рис. 3.4. В модели эта схема выглядит как на рис. П4.2.
Ограничение динамических нагрузок при помощи торможения валков и воздействия на цепь возбуждения синхронного двигателя
Промоделируем процесс закрытия зазора с помощью устройства торможения валков. На рис. П4.4 представлена схема торможения валков собранная в модели прокатной клети. Графики п/п отражены в приложении 3, На рис. П3.19 видно, что захват металла произошел при раскрытом зазоре, т.к. значение Мп=0 в момент захвата. Но всё равно, даже и в этом случае Кд уменьшился. Модель позволяет рассмотреть процесс захвата металла при различном значении зазора. Для этого необходимо в разное время прикладывать нагрузку, см. рис. П.3.20...П3.22. Из промоделированных графиков видно, что Кд самый наименьший получается тогда, когда М ф О на х.х, т.е. когда зазор в кинематической схеме прокатной клети выбран. В этом случае Кд=1,74, см. рис. П3.21. Т.е. динамические нагрузки уменьшились на 35%. Оставшиеся колебания возникают из-за физических свойств самого СД. Для того чтобы уменьшить колебательный процесс необходимо устанавливать АРВ. На рис. 4.1. показан алгоритм работы схемы, позволяющей одновременно закрывать зазор при помощи устройства торможения и уменьшать колебания за счет АРВ. Соберем эту схему в модели и промоделируем процесс работы схемы.
Процесс работы схемы состоит в том, что перед захватом металла валками (2) на х.х. прикладывается к валкам тормозной момент (4), при помощи которого происходит закрытие зазора. А чтобы повысить перегрузочную способность СД (1) увеличивают ток возбуждения за счет АРВ (3). При работе данной схемы на модели черновой клети с электроприводом от синхронного двигателя получается график п/п рис. П3.23 (п/п тока возбуждения показан нарис. П3.24), из которого видно, что Кд стал 1,72. Таким образом, эффект от работы данной схемы мал, по сравнению с установкой обычного устройства торможения валков, см. рис. П3.21. Но, следует отметить, что АРВ позволяет повышать перегрузочную способность прокатной клети. Также многое зависит от того, какой алгоритм работы заложен в самом АРВ. Рассмотреішем алгоритмов работы различных АРВ целью данной работы не является.
На основании выше изложенных принципов ограничения динамических нагрузок прокатной клети было придумано тормозное устройство для выборки люфтов в линии привода прокатного стана, (далее устройство). Устройство может быть использовано для выборки люфтов кинематической цепи на широкополосном стане горячего проката в черновых клетях с электроприводом от мощных синхронных двигателей. На рис. 4.2. показано функциональная схема предлагаемого устройства.
Прототипом устройства является тормозное устройство для выборки люфтов в линии привода прокатного стана, содержащее установленные на станине тормозные элементы, выполненные в виде дуговых статоров взаимодействующие с прокатными валками, за счёт вращающегося магнитного поля, которое индуктирует в теле валка токи, направленные против вращения валка [87]. Недостатками прототипа являются.
А. Малая эффективность в выборке люфтов, т.к. из-за наличия редуктора в кинематической цепи черновой клети, выбор люфта осуществляется только на стороне редуктор валки.
Б. Значительное потребление электроэнергии из сети тормозным устройством и удорожание конструкции в целом, так как широко распространенные системы черновых клетей имеют привод от мощного синхронного двигателя, поэтому выбор зазоров без ослабления магнитного поля ротора сгагхронного двигателя приводит к необходимости установки крупного габарита тормозного устройства и создание тормозным устройством мощного вращающегося тормозного магнитного поля.
Устранение недостатков может быть достигнуто за счет расположения тормозного устройства на черновой клети с электроприводом от мощного синхронного двигателя и установкой блока регулирования напряжения возбуждения на этот двигатель. Устройство блока регулирования напряжения возбуждения предназначено для уменьшения магнитного потока ротора синхронного двигателя, на период приложения тормозного момента к валкам черновой клети перед прокатом металла.
При реализации устройства могут быть получены следующие технические результаты:
А. Уменьшение динамических нагрузок черновой клети за счет увеличения значения выборки люфта при помощи установки тормозного устройства на черновые клети с электроприводом от мощного синхронного двигателя и установки блока управления возбуждением на синхронный двигатель.
Б. Удешевление конструкции аналогичного тормозного устройства за счёт того, что значение прикладываемого тормозного момента на валки черновой клети уменьшиться, так как выбор люфта будет происходить при ослабленном магнитном поле ротора синхронного двигателя.
Указанные технические результаты достигаются за счёт того, что тормозное устройство для выборки люфтов в линии привода прокатного стана, содержит установленные на станине клети тормозные элементы, взаимодействующие с прокатными валками, выполненные в виде дуговых статоров, которые расположены с зазором у валков.
