Тип электропривода клетей выбирается на основе требований технологического процесса с учетом возможностей современного электромашиностроения и способов управления электроприводами. Выбор типа электропривода носит технико - экономический характер, поэтому следует учитывать как условия работы стана и требования к электроприводу так и затраты на электрооборудование. В данном случае важное значение придается максимальной унификации применяемого оборудования, что упрощает эксплуатацию и уменьшает затраты на создание необходимого резерва.

1. Общая часть

1.1.1 Краткая характеристика цеха

На Магнитогорском металлургическом комбинате одним из цехов холодной прокатки является ЛПЦ № 8. Цех был пущен в 1981 году. Он состоит из следующих отделений:

прокатное отделение;

термическое отделение;

травильное отделение;

отделочное отделение.

В настоящее время растут требования к качеству и количеству выпускаемой продукции. Потребность в качественной тонколистовой, с возможностью к глубокой штамповке стали непрерывно растет. Всеми этими свойствами обладает холоднокатаный лист.

Технологический процесс производства холоднокатаного листа состоит из следующих этапов:

очистка поверхности полосы, поступающей на стан;

холодная прокатка металла;

термическая обработка;

дрессировка полосы;

окончательная отделка.

Основными агрегатами обработки листа являются:

прокатный 5-ти клетьевого стан 630;

дрессировочный 2-х клетьевой стан 630;

пять агрегатов продольной резки.

Непрерывно-травильный агрегат

1.1.2 Сортамент и марки прокатываемого металла

Параметры рулонов представлены в таблице 1.1.

Таблица1.1 - Параметры горячекатанных рулонов

На стане прокатывается полоса следующих марок стали:

Углеродистая сталь обыкновенного качества марок Ст1, Ст2, Ст3 (кипящая, спокойная, полуспокойная) с химическим составом по ГОСТ 380-71.

Углеродистая качественная конструкционная сталь марок 15,20,25,30,35,40,45,50 с химическим составом по ГОСТ 1050-74.

Низкоуглеродистая сталь марок 08кп, 08пс, 08, 10кп, 10пс, 10 с химическим составом по ГОСТ 1050 - 74.

Малоуглеродистая качественная сталь марок 08Ю, 08кп с химическим составом по ГОСТ 9045 - 80.

Углеродистая качественная конструкционная легированная сталь марки ЗОГ с химическим составом по ГОСТ 4543 - 71.

Углеродистая высококачественная сталь марки 18ЮА с химическим составом по ГОСТ 803-66.

Параметры холоднокатанных рулонов представлены в таблице 1.2.

электропривод прокат металл

Непрерывный пятиклетевой стан “630” предназначен для холодной прокатки травленой горячекатанной ленты из низко- и среднеуглеродистых сталей, а также из сталей для глубокой вытяжки.

В состав оборудования пятиклетевого стана входят следующие механизмы и машины:

Участок загрузки рулонов предназначен для последовательной загрузки рулонами двух разматывателей стана в автоматическом и ручном режимах управления.

Два плавающих разматывателя с механизмами задачи конца ленты в клеть и механизмами отделения обвязочной ленты, предназначены для вращения рулона в процессе прокатки и создания натяжения перед первой клетью.

Правильная машина предназначена для правки переднего конца ленты, поступающей с разматывателя.

Пять рабочих клетей с механизмами для центрирования и направления ленты предназначены для осуществления процесса холодной прокатки ленты.

Механизмы для перевалки рабочих и опорных валков с подушками.

Механизм задачи конца ленты в моталку предназначен для задачи толстой ленты в щель барабана моталки.

Намоточное устройство предназначено для создания натяжения ленты между 5-й клетью и барабаном моталки и сматывания ленты в рулон.

Захлестыватель предназначен для заправки переднего конца прокатываемой ленты на барабан моталки.

Участок загрузки рулонов предназначен для передачи рулонов в термическое отделение.

Общий вид стана представлен на рисунке 1.1.

1.1.4 Технологический процесс прокатки

Травленные горячекатанные рулоны поплавочно устанавливаются на консоли накопителя электромостовым краном в количестве от 3 до 5 в зависимости от ширины рулонов. После поворота консоли на 180 градусов рулоны по одному снимаются подъемно-передвижной тележкой и надеваются на барабан разматывателя.

Рулон на барабане разматывателя центрируется и закрепляется подвижными сегментами барабана от проворачивания. После установки рулона к нему подводится прижимной ролик и механизм поиска конца рулона. При получении сигнала об обнаружении конца полосы механизм поиска отходит от рулона, а рулон проворачивается на определенный угол, ориентируя конец полосы для отгибания. После установки барабана рулону подводится отгибатель конца рулона и механизм для удаления обвязочной ленты. Посредством рычажного ножа, установленного на отгибателе, осуществляется разрезка обвязочной ленты. Затем к рулону скребок механизма удаления обвязочной ленты, обратным поворотом скребок отводит ленту от рулона. После отвода механизма удаления обвязочной ленты дается команда на вращение барабана разматывателя для отгибания и подачи переднего конца к подающим роликам. Опускание верхнего приводного подающего ролика осуществляется по команде от фотодатчика, установленного перед подающими роликами. Отвод отгибателя и прижимного ролика от рулона производится после того, как опустится траверса правильной машины.

Количество циклов подачи и резки обвязочной ленты определяется диаметром рулона и устанавливается автоматически. Обрезки по склизу сбрасываются в специальный приемный короб. Подающими роликами передний конец рулона задается в раскрытую правильную машину и центрируется по оси стана вертикальными роликами, после чего опускается траверса, зажимая ленту. Одновременно поднимается верхний подающий ролик, включаются двигатели разматывателя, правильной машины и лента на заправочной скорости по проводковым устройствам поступает в клеть. Как только появиться натяжение между 1-й и 2-й клетями, траверса правильной машины поднимается.

Рисунок 1.1 - Кинематическая схема пятиклетевого стана.

В период задачи ленты в валки стана для предотвращения пореза ленты и порчи валков необходимо поддерживать натяжение между соответствующими клетями.

С захватом переднего конца ленты валками первой клети начинается процесс прокатки. При проходе переднего конца ленты через стан для получения заданной толщины ленты увеличиваются обжатия в 1-й,2-й,3-й,4-й клетях. Для этого рабочие поршни гидронажимных механизмов опускаются не более чем на 1 мм по показаниям продуктиметров. При захвате переднего конца ленты валками 5-й клети рабочие поршни 1,2,3,4,5 клетей поднимаются до первоначального нулевого положения.

Далее лента из 5-й клети механизмом задачи подается в щель моталки или при помощи захлестывателя наматывается на барабан моталки. Захлестыватель используется при прокатке ленты толщиной 0,5 - 3,0 мм. После намотки необходимого количества витков на барабан моталки и при возникновении натяжения между моталкой и 5-й клетью захлестыватель отводится в исходное положение, и стан разгоняется до рабочей скорости. Прокатка ленты производится с опущенным прижимом первой клети и с включенными системами регулирования толщины и натяжения. Контроль толщины, прокатываемой ленты производится микрометром при полной остановке стана и рентгеновскими измерителями на рабочей скорости. При отклонении стрелки приборов на плюс от номинальной толщины - увеличиваются обжатия во всех клетях, при отклонении стрелки приборов на минус от номинальной толщины - уменьшаются обжатия во всех клетях. Прокатка сварного шва производится на пониженной скорости до 2 м/с. При хорошем качестве швов прокатка осуществляется на рабочей скорости.

Прокатка заднего конца ленты осуществляется при опущенных пресс - проводках 1,2,3,4,5 клетей на заправочной скорости стана. После выхода заднего конца ленты из первой клети к рулону на моталке подводится прижимной ролик. С целью предотвращения выхода утолщенных задних концов нажимные устройства 1,2,3,4 клетей опускаются на необходимую величину для устранения разнотолщинности ленты. После окончания намотки рулона на барабан моталки, стол тележки поднимается и прижимает рулон снизу. Барабан моталки уменьшается в диаметре, прижимной ролик моталки отводится, и рулон совместными действиями тележки № 1 и сталкивателя моталки перемещается на хобот консоли № 1. После прижима конца ленты прижимным роликом консоли № 1 и опускания стола тележки № 1, консоль поворачивается в положение обвязки рулонов. После обвязки отводится прижимной ролик, и консоль перемещается в положение для снятия рулона тележкой № 2.

Далее рулон перемещается к консоли № 2 и при наезде тележкой на копир происходит поворот рулона на 180 градусов. Надев рулон на хобот консоли, тележка возвращается в исходное положение. После чего консоль № 2 поворачивает рулон так, чтобы транспортировать его тележкой № 3 к накопителю рулонов. При накоплении на хоботе 3-5 рулонов накопитель поворачивается на 180 градусов, и рулоны убираются электромостовым краном. При передаче рулонов на участок формирования стоп тележка №3 устанавливает рулон на хоботе накопителя в среднее положение и отходит в позицию ожидания. Накопитель поворачивается на 90 градусов, и рулон сталкивается на штырь кантователя. После чего сталкиватель возвращается в исходное положение и хобот накопителя в положение приема следующего рулона.

Режим обжатий для сорта стали 50 представлен в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Программа обжатий для сорта стали 50

Так как стан предназначен для прокатки ленты с высокой точностью по толщине, то выбор режимов обжатий сделан с учетом самовыравнивания продольной разнотолщинности. Эффект самовыравнивания наиболее значителен в первых клетях, в которых полоса наклепана незначительно. Поэтому целесообразно снижать обжатие в первой клети стана, а наибольшие обжатия производить на второй и третьей клетях.

Обжатие на четвертой и пятой клетях значительно снижено, так как уменьшение обжатия в последних клетях способствует получению ленты с меньшей разнотолщинностью и коробоватостью.

Натяжение между 5-й клетью и моталкой приведено в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Натяжение между 5-й клетью и моталкой в тоннах

При расчете режимов натяжений полосы между клетями принято удельное натяжение равное 0,3*т. Натяжение между моталкой и 5-ой клетью принимается из расчета 5 кг/мм. Если металл перед отжигом будет подвергаться электролитической очистке, то натяжение между 5-ой клетью и моталкой можно увеличить в 2 раза.

1.2 Характеристика механизмов клетей

1.4.4 Проверка двигателя по нагреву и перегрузочной способности

В данном случае, исходя из требований к электроприводу (см. пункт 1.3), для стана «630» требуется широкий диапазон регулирования скорости, что подразумевает двухзонное регулирование скорости с ослаблением потока возбуждения во второй зоне. Поэтому необходим метод эквивалентного тока для проверки двигателя по нагреву

,

где

ток на участке нагрузочной диаграммы, А;

время цикла прокатки (), с;

время длительности момента на участке нагрузочной диаграммы, с;

Условие выполняется, данный двигатель подходит для работы в длительном режиме прокатки.

Максимальный ток во время цикла прокатки достигает 3877 А, соответственно перегрузка по току будет равна

,

где

номинальный ток двигателя, А;

Перегрузочная способность двигателя по току во второй зоне равна 2 (=2),поэтому двигатель не испытывает недопустимой перегрузки, что подтверждает его пригодность к использованию в данной системе привода.

На рисунке 1.5, представлены скоростная и токовая диаграммы работы электропривода 5 - й клети стана «630» ЛПЦ №8.

Рисунок 1.4 - Скоростная и токовая диаграммы работы электропривода 5 - й клети стана «630»

1.5 Выбор и характеристика основного силового электрооборудования

1.5.1 Выбор и характеристика тиристорного преобразователя

При выборе тиристорного преобразователя, учитываются номинальные значения напряжения и тока преобразователя, которые должны быть больше либо равны номинальным значениям напряжения и тока двигателя, т.е.

;

Кроме того, необходимо учесть, что все тиристорные преобразователи, предназначенные для питания якорных цепей двигателей, допускают работу в циклическом режиме. Причем циклическая нагрузка не превышает 75 % при длительности перегрузки 60 с и 125 % при длительности перегрузки 10 с. Таким образом, необходимо также обеспечить превышение максимального тока преобразователя над максимальным током двигателя, т.е.

Номинальный ток тиристорного преобразователя определяется следующим образом:

,

где:

перегрузочная способность двигателя;

перегрузочная способность преобразователя;

Этим условиям удовлетворяет преобразователь КТЭ-3200/930 МП В-12Т-8-КД-55-УХЛ4

Условное обозначение этого тиристорного преобразователя означает:

КТЭ - комплектный тиристорный электропривод (серия);

3200 - номинальный ток электропривода, А;

930 - номинальное напряжение электропривода, В;

МП - микропроцессорная схема управления и регулирования;

В - усиленной изоляции, со встроенным вентилятором;

1 - количество питаемых двигателей (однодвигательный);

2 - режим работы (реверсивный с реверсом тока в якорной цепи);

Т - связь с питающей сетью (трансформаторное исполнение);

8 - двухзонная САР;

К - контактор линейный;

Д - устройство динамического торможения;

55 - встроенный возбудитель;

УХЛ4 - климатическое исполнение (умеренно холодный климат) и

категория размещения по ГОСТ 15150-69.

Также в состав комплектного тиристорного преобразователя входит:

Реверсивная вентильная секция с шестипульсной схемой выпрямления.

Шкаф с реверсивной вентильной секцией, который включает в себя: регулирующее устройство SIMOREG СМ 6RA70, системой защиты, сигнализации и индикации неисправностей.

Трансформаторы тока ТНШЛ - 0,6692 - 3000/5А в количестве двух штук для измерения токов вторичных обмоток силового трансформатора.

Рисунок 1.5 - Принципиальная схема силовой цепи главного привода клети

1.5.2 Выбор и характеристика силового трансформатора

В комплект выбранного КТЭ входит силовой трансформатор, ниже приводятся его технические данные, расчет максимального значения выпрямленной ЭДС и параметров схемы замещения силовой цепи преобразователя.

Технические данные трансформатора ТСЗП - 4000 / 10У2 приведены в таблице 1.12.

Таблица 1.12 - Технические данные трансформатора ТСЗП - 4000 / 10У2

Максимальное значение выпрямленной ЭДС Ed0 при =0

,

гделинейное напряжение вторичной обмотки, В;

, т.к. вторичная обмотка трансформатора соединена в треугольник

Полное сопротивление фазы трансформатора приведенное ко вторичной обмотке

,

гдефазное напряжение вторичной обмотки трансформатора, В;

фазный ток вторичной обмотки трансформатора, А;

напряжение короткого замыкания, %;

Активное сопротивление фазы трансформатора

,

где потери короткого замыкания, Вт;

Индуктивное сопротивление фазы трансформатора

Индуктивность фазы трансформатора

,

где частота питающей сети, Гц;

1.5.3 Расчет и выбор сглаживающего дросселя

Критическая индуктивность силовой цепи ТП - Д обеспечивающая снижение пульсаций выпрямленного тока до допустимого уровня

,

где амплитуда основной гармонической выпрямленной ЭДС n-го порядка, В;

допустимое действующее значение основной гармоники переменной составляющей выпрямленного тока, %;

частота сети, Гц;

номинальный ток двигателя, А;

расчетный коэффициент схемы выпрямления;

Критическая индуктивность силовой цепи системы ТП-Д, обеспечивающая ликвидацию прерывистого режима при малых нагрузках двигателя

,

где ток холостого хода двигателя, принимается равным , А;

максимальная выпрямленная ЭДС, В;

Эквивалентное сопротивление силовой цепи системы ТП-Д

,

где сопротивление обмотки якоря при 80 С (см. пункт 1.4.3), Ом;

активное, реактивное сопротивление фазы трансформатора (см. пункт 1.4.2), Ом;

Угол, при котором в якорной цепи протекает ток

,

где конструктивная постоянная машины, В*с;

номинальная скорость двигателя, 1/с;

падение напряжения на тиристоре, В;

Соответственно,

Индуктивность двух последовательно соединенных якорей

,

где эмпирический коэффициент ();

число полюсов;

Индуктивность сглаживающего дросселя

Так как двигатель 2МП - 2000/315 - УХЛ4 двухякорный, то выбираются два дросселя СРОСЗ - 3200 МУХЛ4 с номинальным током и индуктивностью .

Эквивалентная индуктивность цепи ТП-Д

1.5.4 Выбор тиристорного возбудителя

Выбор тиристорного возбудителя, который входит в состав тиристорного электропривода, проводится с учетом коэффициента форсировки в соответствии с условиями

.

где U_вd, I_вd - номинальное напряжение и ток тиристорного возбудителя;

- максимальное значение выпрямленного напряжения возбуждения;

 - коэффициент форсировки;

Т_в - электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения;

Время замедления при форсированном останове.

Так как в данном случае две обмотки возбуждения включены параллельно, то индуктивность обмотки возбуждения будет в два раза меньше L_в/2 и активное сопротивление уменьшится в два раза R_в/2. Следовательно, электромагнитная постоянная времени обмотки возбуждения двухякорной машины будет такая же, как у одноякорной, т. е.

.

Коэффициент форсировки

Следовательно, .

Тиристорный возбудитель выбираем встроенным в КТЭ.

В обозначении КТЭ-3200/930 МП В-12Т-8-КД-55-УХЛ4 индекс "55" означает встроенный тиристорный возбудитель с номинальными данными U_вd = 460 В, I_вd = 100 А

Тиристорный возбудитель связан с сетью 380 В через токоограничивающий реактор типа РТСТ - 82 - 0,505У3 со следующими техническими данными: U_н = 410 В, I_н = 82 А, L_н = 0,505 мГн, R = 31,7 Ом.

Технические данные и характеристики возбудителя следующие:

- преобразователь с трехфазной мостовой (шестипульсной) схемой выпрямления;

- номинальное выпрямленное напряжение U_н=460В;

- номинальный выпрямленный ток I_н=100 А;

- исполнение тиристоров - тиристорные модули;

- тип управления - цифровой;

- напряжение питающей сети U_с= 380В;

- естественное охлаждение;

- питание преобразователя через реактор.

Принципиальная схема тиристорного возбудителя представлена на рисунке1.6.

Рисунок 1.6 - Принципиальная схема тиристорного возбудителя

1.6 Защита электропривода

В комплектном тиристорном электроприводе КТЭ , силовая часть которого используется для электропривода валков непрерывного стана холодной прокатки, применяется ряд защит, обеспечивающих его высокую надежность. Имеются защиты от перенапряжения и от аварийных токов.

На стороне переменного тока в силовой части КТЭ включаются RC-цепочки, уменьшающие перенапряжения, связанные с включением и отключением преобразовательного трансформатора.

Периодические коммутационные перенапряжения на тиристорах уменьшаются за счет RC- цепочек, шунтирующих тиристоры.

Защита от внутренних коротких замыканий, возникающих в случае пробоя тиристоров или потери тиристором запирающих свойств, осуществляется быстродействующими плавкими предохранителями, включенными последовательно с тиристорами. В схеме предусмотрено параллельное соединение тиристоров. При пробое одного из параллельно работающих тиристоров преобразователь может продолжать работу, но длительность такой работы ограничена во времени. Поврежденный тиристор при этом выключается из работы предохранителем, а в схему индикации подается сигнал о перегорании предохранителя.

Защита от внешних коротких замыканий на входе в преобразователь осуществляется масляным выключателем на стороне переменного тока, установленным в ячейке распределительного устройства цеховой подстанции. При опрокидывании инвертора, возникающим вследствие нарушения правильной коммутации тока с одного вентиля на другой, а также при внешних коротких замыканиях на выходе преобразователя блокируются управляющие импульсы и преобразователь отключается от нагрузки. Воздействие на управляющее импульсы предотвращает развитие аварии при переходе аварийного тока на последующие по порядку работы тиристоры. В качестве чувствительного элемента защиты используется реле Ѓбдифференциальный шунтЃв (РДШ), а также датчик и трансформаторы тока на стороне переменного тока. Отключение осуществляется быстродействующим автоматическим выключателем ВАТ-42.

Отключение привода происходит также при превышении ЭДС двигателя максимально допустимого значения.

Система защит контролирует возбуждение двигателя. Уровни сигнала датчика тока возбуждения фиксируются нуль-индикаторами.

Отключение привода происходит при исчезновении напряжения питания собственных нужд, а также при исчезновении напряжения питания системы регулирования.

В схему индикации введен контроль принудительной вентиляции силовых блоков и контроль уровня изоляции силовых цепей электропривода.

На стороне постоянного тока преобразователя установлен узел контроля изоляции цепи выпрямленного тока на землю. Контроль осуществляется при помощи двухобмоточного реле. При одинаковом уровне изоляции полюсов преобразователя относительно ЃбземлиЃв через включенные встречно обмотки реле протекает одинаковый ток и ампервитки катушек реле уравновешивают друг друга. При снижении уровня изоляции одного из полюсов относительно ЃбземлиЃв реле включается и подает в схему предупреждающий сигнал о недопустимом уровне изоляции. Уставка срабатывания реле определяется величиной сопротивлений R1, R2. Для исключения , влияния переменной составляющей выпрямленного напряжения на уставку срабатывания реле катушки зашунтированы конденсаторами C1, C2.

Уставки защит приведены в таблице 1.13.

Таблица1.13 - Уставки защит

Система защит микроконтроллера SIMOREG контролирует следующие параметры (ошибки):

- неисправность узла динамического торможения;

- сгорание двух силовых предохранителей;

- аварийное отключение быстродействующего автоматического выключателя ВАТ-42;

- аварийные состояния возбудителя;

- минимальные и максимальные токи возбуждения двигателей;

- превышение тока возбуждения;

- аварийное отключение разъединителя;

- отключение ВАТ от РДШ;

- превышение напряжения на якоре двигателя;

- отсутствие питания;

- аварийное отключение КТЭ от кнопки ЃбАварийный остановЃв, расположенный на двери шкафа преобразователя;

- срабатывание максимально-токовой защиты.

Также контролируются предупреждения:

- контроль питания тормоза;

- аварийный останов с ПУ оператора;

- отключение разъединителя;

- контроль изоляции;

-включение узла динамического торможения;

-сгорание одного силового предохранителя;

-превышение температуры трансформатора;

-перегорание предохранителя панели защиты от перенапряжения.

2. Разработка системы автоматического управления электроприводом

2.1 Основные параметры силовой части электропривода

Максимальное значение выпрямленной ЭДС при = 0 рассчитывается как

В (см. пункт 1.5.2)

Активное сопротивление якорной обмотки двигателя при :

Ом.(см. пункт1.4.3)

Эквивалентное активное сопротивление цепи выпрямления:

Ом (см. пункт 1.5.2)

Эквивалентная индуктивность силовой цепи системы ТП-Д:

мГн (см. пункт 1.5.2),

Эквивалентная электромагнитная постоянная времени якорной цепи:

Постоянная двигателя при номинальном магнитном потоке:

(см. пункт 1.4.3)

Суммарный момент инерции электропривода, приведённый к валу двигателя :

кгм²,(см. пункт 1.4.3)

Электромеханическая постоянная времени электропривода

с

Коэффициент обратной связи по скорости

.

Коэффициент обратной связи по якорному току

В/A

Коэффициент усиления преобразователя

2.2 Выбор импульсного датчика скорости

В электроприводе в нашем случае в качестве датчика скорости будем использовать импульсный датчик. При выборе импульсного датчика скорости нужно руководствоваться следующим условием:

т.е. номинальная скорость вращения энкодера должна быть больше либо равна номинальной скорости вращения двигателя.

Выбираем по этому условию импульсный датчик E6C2-CWZ3E. Технические данные представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Технические данные тахогенератора E6C2-CWZ3E

Инкрементальные энкодеры Омрон при повороте вала на определённый угол генерируют импульс напряжения на выходе. Основным рабочим параметром энкодера является число генерируемых импульсов за один оборот диска. Величину угла поворота объекта можно определить посредством подсчёта импульсов с начала вращения. Инкрементные датчики угла поворота на выходе имеют два канала, в которых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90° относительно друг друга, что позволяет определять направление вращения.

2.3 Построение системы автоматического управления

2.3.1 Принципы построения системы автоматического управления

В общем случае передаточная функция регулятора может быть рассчитана по следующему выражению:

,

где

W_ОРi(p) - передаточная функция объекта регулирования i-го звена;

Т - некомпенсируемая магнитная постоянная времени контура;

k_oi, k_oi-1 - коэффициенты обратной связи рассчитываемого и предшествующего контуров.

Тогда замкнутые контуры регулирования будут соответствовать оптимальным фильтрам Баттерворса, которые построены в соответствии с теорией оптимального управления по минимуму интегральной квадратичной ошибки регулирования.

Функциональная схема системы регулирования скорости клети приведена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 - Функциональная схема САРС клети

2.3.2 Построение контура регулирования тока якоря

При питании двигателя постоянного тока от тиристорного преобразователя с раздельным управлением вентильными группами при малых нагрузках на валу двигателя возникает прерывистый якорный ток, когда переходные процессы в якорной цепи заканчиваются за период пульсации выпрямленного напряжения или другими, в зоне прерывистого тока электромагнитная инерционность якорной цепи не проявляется, а для выхода из этого режима в мостовой схеме выпрямления необходимо изменить угол более 30 электрических градусов, тиристорный преобразователь в этом режиме работы снижает коэффициент усиления. Для сохранения качества переходного процесса в ЗПТ необходимо в контуре тока или изменять параметры регулятора в зависимости от режима работы ТП или применять дополнительные схемные решения по стабилизации качества переходного процесса .

Выбор способа компенсации зоны прерывистых токов зависит от величины граничного тока, которая определится следующим образом

,

где амплитуда фазного питающего напряжения, В;

круговая частота питающего напряжения, 1/c;

эквивалентная индуктивность цепи ТП-Д, мГн;

В данном случае максимальное значение гранично-непрерывного тока превышает значение тока холостого хода , то есть имеет место неглубокий прерывистый режим. Для совместимости схемы управления, реализуемой в среде Matlab, со схемой регулирования модулей SIMOREG применяется пропорционально-интегральный регулятор тока вместо двойного регулятора тока, существующего в данный момент на производстве. Но во избежание возникновения глубокого режима прерывистого тока применяется специальный блок предуправления якоря, который обеспечивает устойчивую работу привода в прерывистом режиме.

Структурная схема системы пропорционально-интегрального регулятора тока представлена на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Структурная схема системы пропорционально-интегрального регулятора тока

Регулятор тока внутреннего контура имеет следующую передаточную функцию

,

где

электромагнитная постоянная (см.пункт 2.1), с;

эквивалентное сопротивление силовой цепи (см.пункт 2.1), Ом;

коэффициент усиления преобразователя (см.пункт 2.1);

коэффициент обратной связи по току (см.пункт 2.1);

некомпенсируемая постоянная времени;

Передаточная функция пропорционально-интегрального регулятора тока

2.3.2.1 Анализ влияния внутренней обратной связи по ЭДС двигателя, компенсация влияния ЭДС двигателя

Относительная величина недоиспользования двигателя по току в %:

Данная величина недоиспользования двигателя по току не удовлетворяет требованиям. Необходимо проводить компенсацию влияния ЭДС.

Передаточная функция компенсирующего звена:

Структурная схема компенсации ЭДС двигателя показана на рис.2.3.

Рис. 2.3 - Структурная схема компенсации ЭДС двигателя

2.3.2.2 Оценка скорости нарастания якорного тока

Одним из параметров требующих ограничение быстродействия системы регулирования, является предельная скорость нарастания якорного тока . Это ограничение накладывается условиями коммутации двигателя. Двигатель постоянного тока 2МП - 2000 - 315 - УХЛ4 допускает максимальную скорость нарастания тока не более пятидесяти номиналов в секунду

 (см.табл. 1.10).

Предельная скорость нарастания якорного тока на скачок задания

,

где

относительное значение заданного тока в контуре;

Необходим задатчик интенсивности тока, постоянная времени задатчика интенсивности определится

2.3.3 Построение контура регулирования скорости

Исходя из требований предъявляемых к электроприводу валков клети (см.пункт 1.3), следует отметить, что одним из требований является наличие высокой жесткости механических характеристик. Структурная схема регулирования скорости приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Структурная схема регулирования скорости

Одним из способов повышения жесткости механической характеристики является применение «симметричного оптимума» в контуре скорости за счет пропорционально - интегрального регулятора скорости с передаточной функцией

,

где

коэффициент усиления регулятора скорости;

Симметричный оптимум формирует симметричную ЛАЧХ разомкнутого контура регулирования скорости по отношению к частоте среза, на низких частотах получается участок характеристики с наклоном - 40 дБ/дек, что делает астатической по нагрузке данную систему. При этом ликвидация статической просадки скорости происходит за счет перерегулирования тока до 43 %.

Коэффициент усиления регулятора скорости определится

Для обеспечения желаемых переходных процессов подбирается экспериментально.

Соответственно,

В данном случае система электропривода работает с двухзонным регулированием скорости, во второй зоне при регулировании скорости потоком возбуждения характер переходных процессов в контуре скорости меняется. Для обеспечения неизменного качества регулирования следует, поддерживать коэффициент усиления РС обратно пропорциональным величине потока. Это достигается применением делительного устройства в прямом канале контура скорости. Делимым является напряжение выхода РС, а делителем напряжение пропорциональное потоку возбуждения.