Устройство управления электроприводом обжимного реверсивного прокатного стана Советский патент 1979 года по МПК B21B37/46 

.-V

Изобретение относится к устройству управления электроприводом и может 1грименяться для управления мощными приводамй, работающими с высокой частотой включений и резкими приложениями нагрузок. В частности, устройство предназйачено для управления главными электро. приводамиобж1Шнь1х реверсивных станов.

i Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому ре зультату является устройство, содержащее задатчик интенсивности с переключате 1ем и регулятором интенсивности, контур подчиненного регулирования с источником опорного напр)ажения узла токоограничения датчики скорости, тока и устройства торможения станом l .

Однако известное устройство не исключает местные перегревы обмотки якоря главного электропривода, обусловленные частыми статическими и динамическими перегрузками.Это ускоряет процесс старения изоляции и снижает срок службы электрической машины.

Кроме указанного, известное устройство управления не регулирует эквивалентны (среднеквадратичный) ток электроприводов. Производительность прокатного стана и загрузка его электропривода по теплу при заданном режиме обжатий определяется исключительно оператором и особенно тем, какое соотношение между машинным, временем и суммарной продолжительностью пауз за цикл прокатки он обеспечит. Отклонение этого соотношения от оптимального в одном случае ведет к перегреву эиектропривоДа, что недопустимо, а в другом - к недоиспо 1ьзованию по теплу и снижению степени использования прокатных двигателей, что явно нежелательно

Цепью изобретения.является исключение местных перегревов обмотки якоря электропривода, снижение скорости старения ее изоляции и обеспечение оптимального соотношения между машинным временем прокатки и суммарной продолжительностью пауз для заданного уровня эквивалентного значения тока электропривода.

Для достижения этой цели устройство управпения, содержащее задатчик интенсивности с перскпючатепем и регулятором интенсивности, устройство подчиненного реГуггирования с источником опорного нал- s ряжения узпа токоограничения, датчики скорости и тока, а также устройство торможения станом, допблнитепьно снабжено контурами регулирования эквиваггентнрго йэка и скорости старения изоп$ щии эпект- 10 ропривода. Выходной сигнал контура регулирования скорости старения изоляиии, являющийся функцией мгновенной температуры обмотки якоря nyieM воздействия на токоограничение обеспечивает оптимагаь-15 ный коэффициент перегрузки эяектропривода. При этом исключаются местные перегревы обмотки якЬря эпектрической машины и тем самым повышается найёЖнде;тьпбс-/ педней. Выходной сигнал контура регупйро-20 вания эквивапентного тока, явпякмцийся функцией приращения эквивапентного тока, автоматически, например От циклу прокатки, устанавливает ускорение (темп) реверсирования электропривода, а спедо- ,25 ватепьнй, определяет суммарную за цикл продолжительность пауз. В результате этого для заданного значения эквивапентного | тока из условия максимальной Производи- ; тельности система обеспечивает рптимапь- 30 ное соотношение между машинным временем прокатки и суммарной продблжнтепь ностью пауз, г ;; v ..о; Л ,.,.,. -.

На фиг. 1 изображена блок-ехема Предложенного устройства; на фиг. 2 - тахо- 35 грамма рабочих валков} на фиг. S - зависимость вход-выход. функиионапьного преобразователя.

Устройство включает прокатный эпектродвигатепь 1, генератор 2, рабочие вал- 40 ки 3 и 4, обрабатываемый материал 5, возбудители 6 и 7, устройство 8 подчиненного регулирований с источником опорного напряжения уала тОкорграничений, задатчик 9 интенсивности с Переключателем 45 и регулятором ин1генсйвности, датчик 10 скорости, датчик 11 тока, датчик 12 напряжения, задающее устройство 13, ручное программ но-задатацее устройство 14, фотоэпектрйчёские концевые выключатели 15- 50 18, датчик 19 угла поворота якоря двигателя, блок 20, регистрирующий положение конца прок9тывае рго материала, фазовый дискриминатор 21, релейный усгипитель 22, переключатель 23, датчик 24 55 квадрата тока якоря, датчик 25 квадрата скорости вращения якоря, датчик 26- температуры охлаждения среды, многопопюс.ник 27, компаратор 28, решающий блок

29, функциональный преобразователь ЗО, измеритель 31 эквивалентного тока.

Прокатный двигатель 1 связан электрически с генератором 2 и механически с рабочим валком. 3 прокатного стана. В вапках 3 и 4 деформируется обрабатываемый материал (раскат) 5. Обмотки возбуждения генератора и двигателя подключены соответственно к выходам возбудителей 6 и 7. Управлякядими сигналами дл возбудителей являются выходные напряжения устройства 8 подчиненного регулирования.

Устройство 8 содержит крнтуры регулирования скорости, тока, напряжения, деления нагрузок междуприводами верхнего и нижнего рабочих валков, токоограничения, а также может бкгаочать контур р уйировйнйя устойчивости технологического процесса. Узеп токоограничения имеет регулируемый источник onc JHoro напр:яжения. Электропривод и система управления верхнего рабочего вапка 4 прокатного стана на блок-схеме не изображены. . .

ВходШэН и сигналами для устройства 8 подчиненного регулирования спужат выходь1 задатчика 9 интенсивности, датчика 10 скорости, датчика 11 тока и датчика 12 напряжения. Задатчик 9 интенсивности снабжен переключаюшим устройством и р&гупятором интенсивности. К входу задатчика иитенсивности ;прйсоединены ручное задакщее устройство 13 и программнозадающее устройство 14.

Фотоэлектрические концевые выключатели 15 - 18, датчик 19 угпа поворота, блок 20, фазовый дискриминатор 21 и релейный усилитель 22 с переключателем 23 образуют устройство торможения станом. Это устройство Обеспечивает оптимальнуй процесс торможения электропривода с использованием работы прокатки. При этом прокатываемый материал 5.выходит из зоны деформации с определенной скоростью, значение которой сможет задаваться оператором или устройством 14.

Блок 20 вырабатывает электрический сигнал, изменяющийся по фазе и амплитуде, соответствующий положению конца прокатываемого материала на интервале пути, отмеченном на чертежах через П, . Фазовый дискриминатор 21 преобразует выходное напряжение блока 20 в посфоянное напряжение, полярность которого изменяется вместе с фазой входного напряжения. Его выходной ситная Ц сравнивается с сигналом и , а результируквдий сигнал 1/3 является задающим для устройства подчиненного регупирования 8 на пэриод торможения стана до Biji6poca прокатываемого материана 5 из валков 3 и 4. Датчик 24 квадрата, тока якоря, датчик 25 квадрата скорости вращения якоря датчик 26 температуры охлаждающей эпектродвигатепь среды, многополюсник 27, компаратор 28 и решактоий блок 29 образуют контур регупирования скоростью старения изоляции якоря двигателя. Многополюсник 27с пятью входами и одним выходом моделирует пиковое зна- чение температуры обмотки якоря.. К входам многополюсника 27 присоединены выходы датчиков 10 скорости, тока 11, квадрата тока 24, квадрата скорости 25, и температуры 26, а на входы компаратора 28 (сравнивакадего устройства) поданы сигналы, пропорциональные соответственно нормированной температуре окружающей среды, допустимой температуре Uj- изоляции обмотки и скорости старения l/g изоляции. На другие входь кЬМ- паратора 28 подключены выходы датчш а 26, многополюсника 27 и решающего блока 29. Этим выходам соответствуют сигналы I/, УЙ , Ue В компараторе 28 сигналы контура регупирования скоростью старения изоляции равенствасравниваются в соответствии с ми: -ff :ТТ Tj . 4o д Ч а U,,-Us и„и,„-и. ; Таким образом, выход многополюс1Шка 27 через компаратор 28 связан с входом решающего блока 29.i- Реш,ающий блок 20 реализует, показательную функцию и на выходе формирует электрический сигнал Ug , соответствующий скорости старения изоляции якоря электродвигателя. Выход решающего блока 29 через компаратор 28 свяЕзан с входом регулируемого источника опорного напряжения угла токоограничения, который размещен в ;устройстве 8.i Контур регулирования скоростью ста:рения изоляции якоря путем воздействия. на устройство токоограничения обеспечивает в процессе прокатки оптимальный коэффициент перегрузки электрических машин и тем самым исключает месткь1е пиковые температуры из обмоток, повышает надежность и оказывает решающее влияни на срок службы изоляции. Кроме того, система снабжена контуром регулирования уровня эквивалентного тока якоря, включающим функпиональньтй

671890 преобразователь. ЗО и из epитeль 31 эквивапентного тока, на вход которого присоединен выход датчика 11 тока. Выход измерителя 31 эквивалентного тока присоединен к одному из входов компаратора 28. На вход компаратора подан также сигнал 17(; , пропорциональный заданному уровню ограничения эквивалентного тока ,двигателя. Выходной сигнал 17,5 измерителя 31 эквивалентного Т(ка исигнал ТЛ, сравшшаются в соответствии с выражеииеы УV -15 |3деаь v, - сигкал/пропор- циоиальньа приращению эквивалентного тока двигателя 1, Таким образом, выход измерителя 31 через компаратор 28 связан с входом функционального преобразователя 30. Измари1 ель 31 эквивалентного тока работает по принципу скользящего усреднения и выдает сигнал Uis . пропорциональный значению эквивалентного .тока якоря за фиксированное время усреднения. Время усреднения или, например, количество циклов прокатки, подвергающихся усреднению, выбирают небольшим. В противном случае нивелируются изменения сигнала, вызванные условиями работы электропривода, что снижает эффективность регулирования эквИвапентно.го тока. Выход функционального преобразователя ЗО через переключатель задатчика инТенсивности 9 подключен к входу регупятора интенсивности задатчика. На фиг. 1 переключатель и регулятор интенсивности задатчика 9 не изображены., Переключатель замыкается только с момента выброса прокатьюаёмого материала из валков до момента захвата в следующем проходе, т.е. на время движения привода без нагрузки. Характеристика вход-выход функционального преобразователя 30 представляет собой зависимость сигнала Ц, , соответствующего ускорению (темпу) реверсирования электропривода па участке движения .без нагрузки в функции прира-. щения эквивалентного тока (сигнала Ufg ). Характеристика рассчитывается из условия обеспечения максима.льной производительности стана (минимальной продолжитель- ности цикла прокатки) для заданного уровня тепловых потерь (эквивалентного тока) электродвигателя. Устройство работает следующим образом, Скоростной режим электроприводов валков 3 и 4 задается с помощью устройства 13 оператором (или пpoгpaммнo-зaд ющего устройства 14), выходной сигнал которого поступает на задатчик интенсивности 9. Сигнал задатчика 9 опредепяет крутиз ну нарастания чиспа оборотов якорей двигателей и подается на вход устройства 8 подчинейного регупирования. На другие входы устройства 8 поступают сигналы обратной связи с выходов датчи1ка 10 ско рости,датчика 11 тока и датчика 12 напряжения. Выходные сигналы устройства S подчиненного регулирования, воздействуя на возбудители 6 и 7 обмотки воэбуждения генератора 2 и двигателя 1, фор мируют тахограмму рабочих валков 3 и 4, причем до номинагЕьной скорости изменением напряжения генератора 2, а выше номинальной - изменением тока возбуждения двигатепя 1. Время Т (фиг. 2) соответствует участку движения с ускорением электроприво да, рабочих вапков 3 и 4 и прокатываемо го материала, Tj - прокатки на ус тановившейся скорости. В момент времени А фотоэлектрический концевой выключатель 15 освобож Дается от прокатываеКюго материала 5 и подает сигнал, на включение схемы измерения остаточной длины раската. В момент времени В прокатываемый.материал освобождает концевой выключатель 16, при этом срабатывает схема устранения разности фактического положения конца прокатываемого материала с измеренной и запоминается остаточная длина Пд прокатки, имеющаяся к моменту времени В. Схема измерения остаточной длины и схема устранения разности фактического положения размешены в блоке 20 устройства торможения, С момента времени В блок 20 непрерывно выдает сигнал, изменяющийся по фазе и амплитуде и соответствукядий текущему значешпо длины недокатанной части материала 5 С появленном на вькоде блока 20 сигнала срабатывает релейный усилитель 22, который переводит переключатель 23 в новое положение. При этом вход устройства 8 подчинённого регулирования через. компаратор 28 подключается к выходу фазового дискриминатора 21. На участке торможения Т закон движения электропривода определяется выход ным напряжением дискриминатора 21. Ког да конец материала 5 в fipbuecTSe topSfoже1гая будет прокатан и напряжение на выходе блока 20 Станет меньше установленного значения, релейный усилитель 22 переключит контакт 23 в первоначальное положение. На этом процесс торможения заканчивается, причем прокатываемый ма- териап покидает зону деформации с заранее заданной скоростью. Дальнейшее тор Сложение и возвращение раската дпя нового прохода осуществляется рольгангом. С момента выброса раската 5 до его захвата в спедуклдем проходе электропри- йод реверсируется без нагрузки. В про.iiecce работы электропривода измеритель :31 регистрирует значение эквивалентного тока и после каждого цикла прокатки (интервала времени, соответствующего Шагу скольжения) на выход выдаеу сигнал (Jig , : пропорционапьиый эквивалентному току, например, за К циклов. Этот сигнал сравнивается в компараторе 28 с сигналом TJjij , который пропорционапен заданному эквивалентному току. Сигнал Х7/(4 , соответствующий разнице заданного и измеренного значений эквивалентного тока, поступает на вход функционального преобразоватепя ЗО. Регулирование уровнем эквивалентного тока электропривода осуществляется выхойным сигналом Un функционального преобразователя в контуре регулирования уровнем эквивалентного тока. Если измеренный и заданный 0)4 сигналы равны, то на выходе прербрааоват ля 30 в соответствии с характеристикой ..вход-выход (фиг, З) сигнал равен Уо . Этот сигнал через переключатель задатчнкй 9, замыкающийся в момент выброса раската из валков, подается на вход регулятора 9 интенсивности аадатчика. Входному сигнапу УО регулятора интенсивности соответствует определенный темп нарастания выходного сигнала задатчика 9, при котором на участке Тц (фиг. 2) электропривод реверсируется с оптимальным ускорением Уй, соответствующим заданному уровню эквивалентного тока. После каждого цикла прокатки с появпением сигнала 17, сигнал на выходе функционального преобразователя 30 увеличивается или уменьшается в соотватст„ . ™ знаком входного сигнала. Если Uf положительно, это свидетельствует о недбиСпользовании электропривода по задацному эквивалентному току (теплу), и выходной сигнал и преобразователя 30, воздействуя на регулятор инггенсивности задатчика 9, увеличивает для следующего цикла прокатки ускорение (темп) реверсирования. Это равносильно сокращению про.Допжительности пауз Т и в конечном ито ге - цик.ла прокатки. При отрицательном сигнале U/ выходной сигнал « преобразователя 30 уменьшает ускорение реверсирования, увеличивая тем самым продопжительность пауз Тц .. За время реверсирования электропривода раскат. 5 возвращается рольгангом к рабочим валкам и на скорости . (фиг. 2) происходит захват прокатываемого материала,- При этом срабатывает датчик захвата (на фиг. 1 не изображен), который переводит переключатель задатчика 9 в исходное положение. После чего электропривод разгоняется до рабочей скорости с Номинальным ускорением|/ , соответствукжцим движению под нагрузкой. Контур регулирования уровнем эквивалентного тока работает аналогично во всех проходах, причем ускорение ревер сирования электропривода подстраивается автоматически от цикла к циклу прокатки, т.е. с каждым шагом усреднения эквиБЙлентного тока якоря. Это позволяет в процессе работы прокатного стана равномерно нагружать электропривод и повысить его эффективность без значитепьных перегрузок по теплу. Для того чтобы не допустить местных перегревов обмоток выше допустимых, определяемых к пассом изоляции, и оптимапъ но использовать имеющийся изотермичеСкий ресурс двигателя 1 и генератора 2 необходимо, чтобы устройство 8 подчинен ного регулирования, в частности, узеп то Ko6rpajBi4eHM, определял максимальное допустимое значение тока в функции пиковой температуры обмотки якоря. Для итого служит контур регулир6ва1аия скорость старения ИЗОЛЯЦИЙ якора Известно, что изотермический ресурс электрических : машин с достаточной для практических целей точностью определяет ся из выражения: Н ;й„ехр( где - дёйствитепьный изотермический ресурс электрической машины; Б,- изотермический ресурс электрической машины при допустимом превышении температуры над нормшованной ГОСТом температурой (35 С); evjb - основание натурального логарифма; , , ДУ 4v- ), J - , - отклонение температуры изоляции от нормированной, где 1Г, VJ - действительная и допустимая температура обмотк УС - действитепьная температура окружа1сяией среды, iV (35- ) - отклонение температуры среды от 35 С; в - постоянная старения изоляпии. Еспи относительная скорость старения изоляции при нормализованной течперату е (35+ ) равна единице, то при температуре, отличающейся от нормализованной на величину AV , относительная ско- рость старения изоляции будет равна С(1) ()/б Расход изотермического ресурса .р в ггечение времени может быть представлен завис имостыо р J exp uV(i) . .0.0 Из записанных выражений видно, что вероятностный срок службы электрической машины зависит от отклонения температуР изоляции от нормированной. Практика показьгоает, что если увеличение температуры обмотки происходит по арифметической прогрессии с разностью 8 С, то уменьшение срока службы изоляции происходит по убывающей геометрической прог- рессии со знаменателем 1/2. Отсюда практическая .полезность контура регулирования скоростью старания изоляции очевидна. ., Действует контур регулирования следуюшим образом. ; .Во время работы электропривода мно|гополюсншс 27, на вход которого непрерывно поступают сигналы с датчиков 10, 11, 24, 25 и 26, несущие информа:Цию о тепловых потерях, вырабатывает электрический сигнал Ug , пропорциональный мгновенной температуре обмотки яко:ря. Этот сигнал поступает в компаратор 28, где сравнивается с сигналом Сигнал 17/0 определяется значениями сигналов Uif., 13 и Uj . Сигнал l/ff, соответствующий превышению то 1пературьт обмотки якоря над нормированной, поступает на вход ретцаюшего блока 29. Выходвой сигнал Т4 блока 29, пропорциональ-Ньтй скорости/старения изоляций, поступает IB компаратор 28 и там сравнивается с |сигнапом 17(3 который соответствует за:данной скорости старения изоляции эпект(роприводов, причем его уровеш: определяется из технико-экономических соображений и фактора времени. После сравнения сигнал U|2 , определяющий приращение .скорости старения из.оляиии, испопьзуется для управления уровнем токоограничения в устройстве 8. При этом, если действительная скорость старения превышает заданную, сигнал TJ.i , воздействуя на регупируемый источник опорного наттряжения узпа токоограничения, снижает уровень ограничения тока. ЕСЛИ действительная скорость старения меньше заданной, - .увеличивает уровень ограничения тока. Однако максимальный уровень тока sucopa 6rpiaHH4HBaется техническим состоянием механического оборудования стана и электрических ма-ю

шин, в частности условиями коммутации, а также нормативными документами их заводов-изготовителей.

Из экономических и аехнических соображений контуры регулирования скоростью is старения изоляции и уровнем эквивалентного тока могут быть общими для электроприводов верхнего и нижнего валков. При этом регулирование должно EHlfoTffisnfibfcia по параметрам наиболее эагружетййЬгЬ дайга- зо теля. . -. : .-, :.-. ;- .- . ./ ,; ,.Предлагаемое устройство управления электроприводом ЬбзкиМногб реверсивного стана имеет следукядие технические itpeимуЩестёа по сравнению с известными: исключает местгалй перегрев обмотки якоря электропривода и позволяет регули ровать расход изотермического ресурса е:е изоляции; повышает надежность и срок службы эпектрогфивода; позволяет получить максимальную iipo 1аз1водите11ь11ость прокатного бтйнй нрй за дйШом Значении эквивалентного тОка 3пеЛтрЬпрйвода. Ф о р м 5 л а изобретения Устройство управления электроприводом 40 обжимного реверсивного прокатного стана, . содержащее задатчик интенсивности с йереключателем и регулятором интенсивноети, контур подчиненного регулирования с источником опорного напряжения узла токоограничения, датчики скорости, тока и устройство торможения станом, о т л и - чающеес я тем, что, с целью исключения местных перегреЬов обмотки якоря электропривода, снижения скорости старения ее изоляции и обеспечения оптималь,

ного соотношения между машинным временрстью пауз для заданного значения эквивалентного тока электропривода оно дополнительно содержит контур регулирования скорости старения изоляции якоря дви«ем прокатки и суммарной продолжительгатёля, состоящий из многополюсника с пэт-ью входами и одним выходом, решающего блока, компаратора, датчиков температуры охлажйакшей среды, квадрата тбШ яКор йвадрата скорости вращения якоря, вьисоды которых, в том числе дат чиков тока и скорости вращения якоря, соединены с« соответствующими входами многополюсника, причем выход многополюсника череё kbwnapatop сс)ёдинен с входом решакяцегЪ блока, а решанадего блока - аналогично Свходом источника опорного напряжения узла тОкоограничения, а также KOrityp регулирования уровня эквивалентного Значения тока якоря, состоящий из функционального преобразователя и измерителя эквивалентного значения тока якоря, вход которого соединен с выходом датчика тока я1коря, а выход через компаратор соединен с входом функциональнОго преобразователя, выход которого соединен с регупяргорЬм интенсивности задатчика через его переключатель. . Источники информации, приняггые во внимание гфи экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 467439, кл. В 21 В 37/ОО, 18.04:73, 1975.

fS W

11 18

Фиг. /

67189G