2.3.3.1 Задатчик интенсивности скорости

Для ограничения максимального значения ускорения привода, перед регулятором скорости устанавливается задатчик интенсивности скорости ЗИС.

Допустимый динамический ток составляет величину равную 1,2·I_н, тогда максимальное ускорение привода составит

Постоянная времени задатчика интенсивности скорости найдётся по формуле

где U₀ = 10 В - напряжение ограничения ЗИС.

2.3.4 Построение контура регулирования тока возбуждения

Переход во вторую зону регулирования скорости осуществляется уменьшением потока возбуждения двигателя. Для изменения потока двигателя необходимо изменять ток возбуждения двигателя по заданному закону.

Передаточная функция регулятора тока возбуждения

,

где

постоянная времени тиристорного возбудителя, с;

коэффициент усиления тиристорного возбудителя, с;

коэффициент обратной связи по потоку;

коэффициент леаниризации;

суммарная электромагнитная постоянная времени цепи возбуждения;

сопротивление обмотки возбуждения при рабочей температуре, Ом;

Суммарная электромагнитная постоянная времени цепи возбуждения

Коэффициент леаниризации равняется

Коэффициент обратной связи по потоку

Передаточная функция регулятора тока возбуждения

Структурная схема регулирования потока возбуждения приведена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Структурная схема регулирования потока возбуждения

2.3.4.1 Расчёт нелинейного элемента, моделирующего кривую намагничивания двигателя

Универсальная кривая намагничивания приведена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Универсальная кривая намагничивания

Зная номинальный поток возбуждения и номинальный ток возбуждения, можно рассчитать и построить кривую намагничивания для двигателя. Расчёт приведен в таблице 2.2, а кривая приведена на рисунке 2.6.

Таблица 2.2 - Расчёт кривой намагничивания

	0	8	16	26,88	48	64	80	96	112	128	160
	0	0,0314	0,0628	0,0941	0,1368	0,1569	0,169	0,1757	0,1804	0,1844	0,1898

C помощью зависимости на рисунке 2.6 рассчитаем нелинейный элемент, моделирующий кривую намагничивания двигателя. Расчёт приведен в таблице 2.3, а график на рисунке 2.7.

Рисунок 2.6 - Кривая намагничивания для двигателя

2.3.5 Построение контура регулирования ЭДС двигателя

2.3.5.1 Контур регулирования ЭДС, компенсация изменения параметров объекта регулирования

В контур регулирования ЭДС двигателя входят:

1) Регулятор ЭДС, передаточную функцию которого необходимо определить;

2) Внутренний замкнутый контур тока возбуждения;

3) Объект регулирования (ЭДС двигателя);

4) Цепь обратной связи, состоящая из датчика ЭДС.

Контур регулирования тока возбуждения подчинён внешнему контуру регулирования ЭДС двигателя.

Структурная схема контура регулирования ЭДС двигателя представлена на рисунке. 2.7.

Рисунок 2.7 - Структурная схема контура регулирования ЭДС

Величина изменяется при изменении скорости вращения двигателя . Поэтому электропривод, устойчивый при скорости, близкой к номинальной, может оказаться колебательным или даже неустойчивым в зоне максимальных скоростей. Чтобы этого не случилось, часто последовательно с регулятором ЭДС включают блок с регулируемой в функции скорости вращения или тока возбуждения величиной коэффициента усиления. На выход регулятора ЭДС подключается делительное устройство ДУ, которое снижает коэффициент усиление контура ЭДС при работе двигателя во второй зоне регулирования скорости, тем самым сохраняется настройка системы на модульный оптимум (рисунок 2.8).

Рисунок 2.8 - Схема компенсации изменения параметров объекта регулирования

Регулятор ЭДС рассчитывается по формуле:

где

- коэффициент обратной связи по потоку,

- коэффициент обратной связи по ЭДС,

- постоянная времени датчика ЭДС (из пункта 2.3.5.3).

2.3.5.2 Ограничение максимального и минимального задания тока возбуждения (магнитного потока)

Для ограничения максимального и минимального задания тока возбуждения необходимо в обратную связь регулятора ЭДС включить блок ограничения БО.

Максимум выходного напряжения РЭ соответствует номинальному току возбуждения двигателя. Минимум выходного напряжения РЭ соответствует минимальному току возбуждения двигателя при максимальной скорости .

Схема включения блока ограничения приведена на рисунке 2.9.

Рис. 2.9 - Схема включения блока ограничения

2.3.5.3 Выбор и расчёт датчика ЭДС

В тех случаях, когда невозможно измерить непосредственно регулируемую координату, применяют датчики косвенного типа, которые выделяют регулируемую координату косвенным методом на основании непосредственно измеряемых координат и математической зависимости выделяемой координаты от измеряемой.

Выбираем инерционный датчик ЭДС, имеющий передаточную функцию

Где

коэффициент обратной связи по ЭДС.

- электромагнитная постоянная якорной цепи.

Недостатком данного вида датчика ЭДС является его низкое быстродействие.

2.4 Реализация системы управления электропривода

Реализация системы автоматического регулирования электроприводом механизма осуществляется на базе блоков управления SIMOREG фирмы Siemens (Германия). Применяются модули SIMOREG СМ.

В преобразователях 6RA70 предусмотрена возможность программной реализации функциональной схемы САР. Представленные функциональные блоки выполнены в цифровой форме (как модули программного обеспечения), которые можно "читать" как схемы подключений аналогового устройства.

Устройство 6RA70 характеризуется свободной структурируемостью предоставленных функциональных блоков. Свободное структурирование означает, что соединения между отдельными функциональными блоками осуществляются через выбор параметра.

Все переменные выхода и важные расчетные величины внутри функциональных блоков доступны как "Коннекторы" (например, для дальнейшей обработки как входные сигналы к функциональным блокам). Величины, доступные через коннекторы, соответствуют сигналам на выходе или точкам измерения в аналоговой схеме и характеризуется через собственный "Номер коннектора" (например, K0003 = коннектор 3).

Особые случаи: K0000 по K0008 являются фиксированными значениями с уровнями сигналов, соответствующими 0, 100, 200, -100, -200, 50, 150, -50 и -150%. K0009 предназначен для различных величин сигналов. Какое значение сигнала фактически имеется в виду, зависит от того, на какой переключатель выбора (параметр) установлен коннектор номер 9.

Внутреннее числовое представление коннекторов в общем следующее:

100% соответствует 4000 hex = 16384 dez. Разрешение составляет 0,006%.

Коннекторы имеют диапазон значений от -200% до +199,99%

Все бинарные величины, а также важные бинарные выходные сигналы функциональных блоков предоставлены как "Бинекторы" (Коннекторы для бинарных сигналов). Бинекторы могут находиться в состояниях логического "0" и логической "1". Величины, доступные через бинекторы, соответствуют сигналам на выходе или точкам измерениям в цифровой схеме и характеризуются "Номером бинектора" (например, B0003 = Бинектор 3).

Особые случаи:

0000 = фиксированное значение логического "0";

B0001 = фиксированное значение логической "1".

Настройка работы САР осуществляется путем параметрирования. Параметрирование означает изменение значений параметров и активизация функций устройства с панели управления.

Отпараметрировать прибор можно также через параллельный интерфейс основного прибора посредством обычного персонального компьютера с соответствующим программным обеспечением. Интерфейс персонального компьютера служит для запуска, обслуживания во время простоя и диагностики во время работы и поэтому является сервисным интерфейсом. В дальнейшем через этот интерфейс может загружаться модифицированное программное обеспечение преобразователя для хранения в флэш-памяти.

Параметры основного прибора называются P-, r-, U- или n-параметры, параметры опциональных дополнительных модулей называются H-, d-, L- или c-параметры.

На панели управления PMU отображаются вначале параметры основного прибора, а затем параметры технологического модуля (если он установлен). При этом нельзя смешивать параметры опционального технологического программного обеспчения S00 основного прибора с параметрами одного из опциональных дополнительных модулей (T100, T300 илиT400).

Данный прибор имеет три типа параметров:

а) Параметры отображения используются для индикации существующих величин, например, основная уставка, напряжение якоря, отклонение фактического значения от уставки регулятора числа оборотов, и.т.д. Значения параметров дисплея служат только для чтения и не могут быть изменены.

б) Параметры установки используются как для отображения, так и для изменения параметров, например, расчетный ток двигателя, термическая постоянная времени двигателя, регулятор скорости-P-усиление, и.т.д.

в) Параметры индексации используются как для отображения, так и для изменения нескольких значений параметра, которые подчинены одному номеру параметра.

Преобразователи настраиваются в следующей последовательности:

1. Путём установки Р051=21 производится сброс всех параметров в значения, устанавливаемые по умолчанию (заводская настройка).

2. Задаётся напряжение питания преобразователя в вольтах (параметр Р078.001). Задается напряжение для цепи возбуждения в вольтах (параметр P078.002).

3. Устанавливаются номинальный постоянный ток якоря двигателя (в %) и номинальный постоянный ток возбуждения (параметры P076.001 и P076.002).

4. Регулировка возбуждения (P082).

5. Ослабление поля (P081).

6. Задаются номинальные данные двигателя (ток Р100, напряжение Р101, ток возбуждения Р102, тепловая постоянная времени двигателя в минутах Р114).

7. Устанавливается способ получения информации о текущей скорости (Р083).

8. Устанавливается тип возбуждения (Р081=0 - ослабление поля не используется, Р082=0 - внутренний возбудитель преобразователя не используется).

9. Устанавливаются допустимые пределы тока (Р171, Р172).

10. Устанавливаются характеристики задатчика интенсивности (Р303…Р310).

11. Задаётся в % допустимое падение (превышение) питающего напряжения, при котором срабатывает защита и привод отключается (Р351, Р352).

12. Установка времени срабатывания защиты (Р355).

13. Установка времени перезапуска привода после аварийного отключения (параметр Р086).

14. Задание допустимого отклонения заданной и фактической скоростей (Р388).

При установке Р051=25 и последующем включении привода производится автоматическая настройка регулятора тока. При этом возбуждение двигателя должно быть отключено, а сам двигатель заблокирован тормозами. В процессе запуска автоматически устанавливаются параметры Р110…112, Р155, Р156, Р255, Р256. При установке Р051=26 и последующем включении привода производится автоматическая настройка регулятора скорости.

Для реализации функциональной схемы составим соответствующие связи функциональных блоков и настроим основные параметры, результаты сведем в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 - Настройка параметров двигателя

Параметр	Значение	Функция
Р051	40	Разрешение доступа к параметрам
Р052	3	При настройке отображаются все параметры. При установке в 0 отображаются только те параметры, значения которых отличаются от заводских установок
Р078	410 В	Номинальное напряжение питания преобразователя
Р086	0,0 с	Автоматический перезапуск не применяется
Р100	2460 А	Номинальный ток двигателя
Р101	880 В	Номинальное напряжение двигателя
Р102	64 А	Номинальный ток возбуждения
Р118	840 В	ЭДС при номинальном токе возбуждения (Р102) и скорости, установленной в Р119
Параметр	Значение	Функция
Р413	29,41	1/Rэ
Р119	100%	Скорость, при которой достигается ЭДС, записанная в Р118
Р351	-30%	Падение питающего напряжения, при котором срабатывает защита, и привод отключается
Р352	30%	Превышение питающего напряжения, при котором срабатывает защита, и привод отключается
Р355	5 с	Время, через которое срабатывает защита «привод блокирован» при появлении соответствующих условий
U977	пароль	PIN-код для разрешения программирования
P155	0,48
P156	58	, мс
P110	0,034	, Ом
P111	0,954	, мГн
P550	28,5
P226	40	, мс
P119	33
P255	90
P256	0,05
P112	4,05	, Ом

2.4.1 Задатчик интенсивности скорости

Задатчик интенсивности определяет темп разгона и торможения привода, а также величину закругления в начале и в конце разгона (торможения). На рисунке 2.10 представлены функциональная схема ЗИ, реализованного в цифровых модулях SIMOREG.

В схеме предусмотрена возможность задания различных параметров для подъёма и для опускания винтов. Переключение с набора Р303…Р306 (подъём) на набор Р307…Р310 (опускание) происходит по сигналу с дискретного входа «Реверс». Выход ЗИ ограничивается значениями, заданными в параметрах Р300 и Р301 (в процентах от максимальной скорости).

Задатчик интенсивности тока построен точно таким же образом, поэтому в дальнейшем описан не будет.

Рисунок 2.10 - Задатчик интенсивности

2.4.2 Регулятор скорости

Разность между заданной скоростью (с ЗИ) и фактической скоростью подаётся на вход регулятора скорости (рисунок 2.11). В качестве фактической скорости используется её вычисленное значение. Для вычисления скорости необходимо задать ЭДС, соответствующую максимальной скорости (800 об/мин). В соответствии с характеристикой холостого хода электродвигателя. ЭДС задаётся в параметре Р115 в процентах от номинального напряжения питания преобразователя.

Канал компенсации трения и момента инерции может быть подключен (Р223=1) только в том случае, если есть возможность проведения тестового запуска для снятия характеристики трения (Р521…Р530).

Дополнительный контур «предуправления» скоростью не используется (Р684=0). Адаптация пропорционального коэффициента регулятора не используется.

2.4.3 Регулятор деления нагрузок и ограничение якорного тока

На рисунке 2.12 представлена функциональная схема ограничителя якорного тока двигателя и регулятора деления нагрузок.

Блок ограничения задания на ток позволяет реализовать ограничение положительного и отрицательного предела как совместно, так и раздельно. Также предусмотрена реализация зависимого токоограничения.

Абсолютное ограничение тока задаётся в параметрах Р171 и Р172 (в % от номинального тока двигателя).

2.4.4 Регулятор тока

ПИ-регулятор тока сравнивает фактический ток с заданным и выдаёт сигнал, соответствующий углу открывания вентилей. Параллельно регулятору подключен дополнительный контур «предуправления» (рисунок 2.13) для улучшения динамических свойств привода. Параметры регуляторов настраиваются автоматически при тестовом запуске.

Регулятор тока имеется возможность изменения параметров в зависимости от скорости. На входе задатчика интенсивности имеется задатчик интенсивности тока и фильтр. Для улучшения качества регулирования в системе управления содержится блок предуправления током якоря. При вхождении в зону прерывистых токов этот блок формирует добавку в канал задания.

2.4.5 Регулятор ЭДС

Для регулирования ЭДС в SIMOREG измеряется выходное напряжение преобразователя. Измеренное напряжение якоря компенсируется с внутренним падением напряжения двигателя (I*R компенсация). Величина компенсации выбирается автоматически в процессе оптимизации регулятора тока.

Точность этого процесса регулирования определяется изменением сопротивления в якорном контуре двигателя, зависящего от температуры и составляет около 5%. Рекомендуется процесс оптимизации регулятора тока для достижения наивысшей точности проводить при рабочей температуре машины.

Регулятор ЭДС двигателя представлен на рисунке 2.14.

Рисунок 2.11 - Регулятор скорости

Рисунок 2.12 - Ограничение тока двигателя

Рисунок 2.13 - Регулятор тока

Рисунок 2.14 - Регулятор тока возбуждения

Рисунок 2.15 - Регулятор ЭДС

Рисунок 2.16 - Узел компаундирования

Рисунок 2.17 - Анализ данных импульсного датчика

2.5 Анализ динамических режимов системы автоматического регулирования

Оценку правильного выбора структуры и параметров спроектированной системы можно произвести путём анализа переходных процессов данной системы.

Производится моделирование системы автоматического регулирования электропривода на основе структурной схемы (рисунок 2.19.) на ЭВМ в программе структурного моделирования «MathLab» в приложении «Sumulink».

Результаты моделирования САР электропривода, графики переходных процессов скорости, ЭДС двигателя, потока и тока якоря: при разгоне стана до рабочей скорости представлены на рисунке 2.17; при разгоне стана до рабочей скорости, набросе и сбросе нагрузки на рисунке 2.18.

Структурная схема системы автоматического регулирования координат представлена на рисунке 2.19.

Рисунок 2.17 - Переходные процессы скорости, ЭДС двигателя, потока и тока якоря при разгоне стана до рабочей скорости

Рисунок 2.18 - Переходные процессы скорости, ЭДС двигателя, потока и тока якоря при разгоне стана до рабочей скорости, набросе и сбросе нагрузки

Рисунок 2.19. - Структурная схема системы регулирования главного привода клети стана «630»

Заключение

Спроектированный электропривод 5-й клети пятиклетевого стана "630" холодной прокатки удовлетворяет требованиям, предъявляемым к электроприводу клетей, а именно является современным, обеспечивает широкий диапазон регулирования скорости, заданные темпы ускорения и торможения, поддержание заданной скорости, натяжения полосы, быстро перенастраивается на любой возможный вид сортамента.

Для питания двигателя 2МП-2000-315-УХЛ4 выбран реверсивный тиристорный преобразователь серии КТЭ-3200/930-МП-В-12Т-8-КД-55-УХЛ4 с поддержкой микропроцессорного управления, а также со встроенным тиристорным возбудителем. Произведены необходимые проверочные расчеты силовой части электропривода. Построены нагрузочная и токовая диаграммы работы клети.

Разработана система двухзонного регулирования, построенная по принципу подчиненного регулирования.

Динамические свойства электропривода клети были оценены при помощи метода, структурного моделирования и построения переходных процессов на ЭВМ в программе "МАТLAB'. Анализ показывает, что спроектированная система электропривода обеспечивает оптимальные переходные процессы по току и скорости, динамические и статические параметры соответствуют значениям, которые необходимы для обеспечения нормальной прокатки металла.

Список использованных источников

1. Косматов В.П. Проектирование электроприводов металлургического производства: Учебное пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2002, 244 с.

2. Комплексные тиристорные электроприводы: Справочник /под ред. Перельмутера. - М.: Энергоатомиздат., 1988г.

3. Бычков В.П. Электропривод и автоматизация металлургического производства: Учебное пособие для вузов. - М. Высшая школа, 1977г.

4. SIMOREG CM. Каталог 65.10.2001-2002. Siemens AG, 2001. - 302с.

5. Электротехнический справочник: В 4 т. Под общей редакцией В.Г. Герасимова. Т4: Использование электрической энергии, 2002. - 576с.

6. Зеленов А.Б., Тертичников В.Н., Гулякин В.Г. Электропривод механизмов прокатных станов. Харьков: Металлургиздат, 1963. - 344с.

Размещено на Allbest.ru