Электропривод клети прокатного стана Советский патент 1982 года по МПК H02P5/06 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА

Изобретение относится к электротехнике и может быть использойано в системах управления электроприводами клетей непрерывных прокатных станов с двухзонным зависимым регулирование скорости вращения .электродвигателей постоянного тока. Известно устройство для автоматического регулирования скорости электродвигателей клетей непрерывных прокатных станов, выполненное по сис теме управляемый преобразрватель двигатель с регулированием поля двигателя посредством регулятора ЭДС, на вход которого включена обратная связь по току якоря через нелинейный элемент с релейной характеристикой 1 Нелинейная -связь по току якоря двигателя, включенная на вход регуля тора ЭДС не обеспечивает повышения ЭДС на двигателе до номинальной, что сказывается на недоиспользовании двигателя по мощности и снижении коэффициента мощности управляемого вентильного преобразователя. Известно также устройство, содэржащее регулятор ЭДС и регулятор напряжения, выход которого подключен к одному из входов регулятора ЭДС, два входа регулятора напряжения подключены к источнику задающего напряжения и к датчику напряжения двигателя,а в цепь его обратной связи включен стабилитрон 2. В данном устройстве задание на ЭДС, с которой начинается ослабление поля двигателя, устанавливается на неизменном уровне без учета -величины напряжения питающей сети, что приводит к уменьшению запаса по напряжению вентильного преобразователя в динамических режимах при снижении напряжения питающей сети. Наиболее близок к предлагаемому электропривод клети прокатного стана, содержащий электродвигатель по стоянного тока, включенные в цепь обмотки возбуждения электродвигателя, последовательно соединенные вентильный преобразователь, регулятор тока возбуждения, регулятор ЭДС, слериодическое звено и логический элемент, один из входов которого подключен к датчику статического тока, включенному в якорную цепь двигателя, а второй - к выходу суммирующего элемента, вход которого через блок выделения модуля подключен к датчику ЭДС двигателя и одному из входов регулятора ЭДС, а также управляемый вентильный преобразователь с регулятором тока в якорной цепи электродвигателя 3, При работе двигателя на скорости выше основной для обеспечения необходимого запаса по напряжению управляемого вентильного преобразователя, питающего якорную цепь двигателя, ЭДС Eg, с которой начинается ослабление потока возбуждения, устанавливается ниженоминальной ЭДС.двигателя. Обратная связь по разности между номинальной ЭДС двигателя и ЭДС Во действующая после приложения нагрузки и достижения ЭДС двигателя заданного значения, с которого начинается ослабление потока возбуждения обеспечивает повьвиение ЭДС двигателя до номинальной величины В, независимо от тока статической нагрузки. Современные непрерывные прокатные станы работают с ширюким диапазоном токов статической нагрузки двигателей главных приводов в зависимости от сортамента прюкатываемых полос. На некоторыхстанах предусматривается прокатка полосы с ускорением, вследствие чего величина тока прокат ных двигателей мсЬжет существенно пре вышать номинальную. Устройство для управления возбуждением электродвигателя постоянного тока дает положительный эффект только в диапазоне токов от номинального и ниже. Выпрям ленное напряжение вентильного преобразователя определяется зависимостью .EORg , где Е - ЭДС электродвигателя; I - ток якорной цепи двигателя; Rj - эквивалентное сопротивление якорной цепи. ПРИ Е ЕН I IH а UdHУвеличение тока нагрузки выше номинального при номинальной ЭДС двигателя требует увеличения выпрямленного напряжения вентильного преобразователя также выше номинального зна чения. Кроме того, особенностью работы непрерывньох прокатных станов являются значительные отклонения напряжения на зажимах приемников элек. трической энергии от номинальной величины, зависящие от режима работы агрегата. Они характеризуются суточными и годовыми графиками электричес ких нагрузок и могут достигать 15-20 номинального напряжения. В устройстве для управления возбуждением электродвигателя постоянного тока ЭДС Eg с которой начинается ослабление потока возбуждения двигателя, устанавливается без учета отклонений напряжения питаюдей сети от номинальной величины. При снижении напряжения питающей сети вследствие действия замкнутой системы автоматического ре гулирования скорости двигателя происходит уменьшение угла управления вентильным преобразователем, что также приводит к уме.ньшениюзапаса по напряжению вентильного преобрЪзователя в динамических режимах. Установка ЭДС Ед, с которой начинается ослабление потока возбуждения двигателя, с учетом Обеспечения необходимого запаса по напряжению вентильного преобразователя, питающего якорную цепь двигателя, на уровне ниже номинальной ЭДС приводит к снижению коэффициента мощности преобразователя. Цель изобретения - экономия электрической энергии путем повышения коэффициента мощности вентильного преобразователя, питающего якорную цепь двигателя. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для управления возбуждением электродвигателя постоянного тока в системе вентильный преобразователь - двигатель, содержащее в цепи обмотки возбуждения последовательно соединенные вентильный преобразователь , регулятор тока возбуждения, регулятор ЭДС, апериодическое зв.ено и логический элемент, один из входов которого подключен к датчику статического тока, включенному в якорную цепь двигателя, а второй к выходу суммирующего элемента, вход которого через блок выделения моду-ля подключен к датчику ЭДС двигателя и одному из входов регулятора ЭДС, дополнительно введены три суммирующих элемента, интегрозапоминающее устройство, два управляемых ключа,, неуправляемый вентиль и пропорциональный элемент,выход которого соединен с одним из входов первого дополнительно введенного суммирующего элемента, подключенного на вход логического элемента, а вход соединен с датчиком статического тока, вход интегрозапоминающего устройства через управляемый ключ соединен с выходом регулятора тока якорной цепи, а выход через управляемый ключ соединен с одним из входов второго дополнительно введенного .суммирукицего элемента, выход которого через неуправляемый вентиль соединен с входом третьего дополнительно введенного суммирующего элемента, выход которого подключён к входу .регулятора ЭДС двигателя и второму входу первого дополнительно введенного суммирующего элемента. На чертеже приведена принципиальная схема устройства. Устройство содержит вентильный преобразователь 1, к выходу которого подключена обмотка 2 возбуждения двигателя 3, питающего от управляемого вентильного преобразователя 4. На вход вентильного преобразователя 1 подключена цепь, состоящая из последовательно соединенных регулятоpa 5 тока возбуждения, {эегулятора 6 ЭДС с тремя входами 7-9, апериодического звена 10, логического элемента 11 и сумматора 12 с тремя входами ISIS. Логический элемент 11 соединен с выходом датчика 16 статического тока и суммирующим элементом 17, на вход которого подключен выход блока 18 выделения модуля, вход которого соединен с вы ходом датчика 19 ЭДС. На вход 9 регулятора 6 ЭДС и вход 13 сумматора 12 подключен выход суммирующего элемента 20, имеющего два входа 21 и 22, в.ход 21 которого через неуправляемый вентиль 23 соединен с выходом суммирующего элемента 24, имеющего также два входа 25 и 26. Вход 25 суммирующего элемента 24 через управляемый ключ 27 соединен с выходом интегрозапоминающего блока 28, содержащего усилитель 29, конденсатор 30 и резистор 31. Вход интегрозапоминающего блока -28 через управляемый ключ 32 соединен с выходом регулятора 33 тока якорной .цепи, подключенного на вход вентильного преобразователя 4 через блок 34 системы импульсно-фазового управления. Управляемые ключи 27 и 32 соединены с выходами датчика 16 статического тока и датчика 35 статического тока предыдущей клети. В цепь обмотки 2 возбуждения включен датчик 36 тока возбуждения. На выход регулятора 6 ЭДС подключен блок 37 ограничения выходной величины. Вход 15 суммирующего элемента 12 соединен с выходом пропорционального элемента 38, вход которого подключен к выходу датчика 16 статического тока якорной цепи.

Устройство работает следующим образом.

На вход 22 суммирующего элемента 20 подается сигнал Eg, соответствующий ЭДС, с которой начинается ослабление потока возбуждения двигателя 3. Величина этой ЭДС устанавливается на уровне, ограниченном условиями запаса по напряжению в динамических режимах управляемого вентильного преобразователя 4. На вход 7 регулятора 6 ЭДС подается действительное значение ЭДС двигателя Ед, поступающее от датчика 19 ЭДС через бло. 18 выделения модуля. На вход 26 суммирующего элемента 24 подается сигнал Ортн/ пропорциональный .напряжению выхода регулятора 33 тока якорной цепи, при котором обеспечивается номинальная ЭДС двигателя при номинальном напряжении питающей сети. На вход 14 суммирующего элемента 12 подается сигнал Va, пропорциональный номинальному выпрямленному напряжению вентильного преобразователя 4.

Управляемые ключи 27 и 32 настроены так, что, если сигналы, поступающие с выходов датчика 16 статического тока якорной цепи и датчика 35

статического тока предьщущей клети равны нулю, то ключ 27 находится в разомкнутом состоянии, а ключ 32 замкнут. Ключ 27 замыкается, а ключ 32 размыкается при поступлении сигнала

с датчика 35 статического тока предыдущей клети. В исходное состояние ключи переводятся при снятии сигнала с выхода датчика 16 статического тока якорной цепи. Благодаря включению

Qi неуправляемого вентиля 23 сигнал иртн

на вход 21 суммирующего элемента 20 .

. не поступает. На вход 9 регулятора

6 ЭДС при разомкнутом управляемом

ключе 27 подается сигнал Е , paifНЫЙ EQ.

- При работе двигателя до наброса : статической нагрузки с установившейся ЭДС EQ выпрямленное напряжение вентильного преобразователя 4 пр1имерно равно по величине ЭДС двигателя 0

, E,

где oL- - угол управления вентильным преобразователем;

5 -do идеальное выпрямленное напряжение вентильного преобразователя при . При отклонениях напряжения сети от номинального значения происходит изменение величины UC|Q. При уменьше0нии этой величины вследствие действия замкнутой системы автоматического регулирования скорости двигателя происходит поддержание выпрямленного напряжения на неизменном уровне пу-.

5 тем уменьшения угла управления вентильным преобразователем d, т.е. путем увеличения выходного напряжения регулятора 33 тока якорной цепи. Следовательно, до наброса статической нагрузки выходной сигнал регулятора 33 тока определяется при заданной ЭДС двигателя только напряжением питающей сети.

При снижении напряжения питающей

5 сети относительно номинального значения напряжение на выходе регулятора 33 тока якорной цепи превышает заранее установленное зна:чение, соответствующее номинальной ЭДС двигателя и номинальному напряжению пита0ющей сети. Обратная связь по разности между фактическим напряжением выхода регулятора 33 тока якорной цепи и напряжением Up-гн , при котором обеспечивается номинальная ЭДС двигателя при номинальном напряжении питающей сети, позволяет уменьшить величину установившейся ЭДС двигателя EQ пропорционально снижению напряжения питающей сети. Выходной

0 сигнал регулятора 33 тока якорной

цепи через управляемый ключ поступает на вход интегрозапоминающего устройства 28. На входе этого устройства формируется сигнал, завися5; щий от напряжения питающей сети до

наброса статической нагрузки на вал двигателя. Изменения выходного сигнала регулятора 33 тока, происходящие при набросе статической нагрузк на в двигателя 3, не приводит к изменению выходной величинысуммирующего элемента 20, поступающей на вход 9 регулятора б ЭДС. Кроме того интегрозапоминающее устройство выполняет роль фильтра, исключающего влияние на величину Е кратковременных колебаний напряжения питающей сети.

Для задания ЭДС двигателя, с которой начинается ослабление потока возбуждения с учетом отклонений напряжения питающей сети от номинального значения до наброса статической нагрузки на вал двигателя 3, сигнал управления ключами 27 и 32 подается с выхода датчика 35 статического тока предыдущей клети. Для первой клети этот сигнал заводится с выхода датчика статического тока окалиноломателя, расположенного перед клеть (на чертеже не показан).

При поступлении сигнала с вьлкода датчика 35 статического тока предыдущей клети ключ 32 переходит в не проводящее, а ключ 27 - в проводящее состояние. На вход 25 суммирующего элемента 24 подается сигнал, пропорционсшьный фактическому .значению выходного напряжения регулятора 33 тока якорной цепи Чртф. Если величина этого сигнала не превышает установленную величину UPTH t при которой обеспечивается номинальная ЭДС двигателя при номинальном напряжении питаю.щей сети, то установившееся значение ЭДС остается неизменным и равным Eg. Если Ортф7 UptH/ разность между ОрУф и UPTH через неуправляемы вентиль 23 подается на вход суммирующего элемента 20, С выхода суммирующего элемента 20 .на вход-.9 регулятора 6 ЭДС поступает сигнал Е, соответствующий заданию на ЭДС Е, уменьшенному на величину разности между фактическим напряжением выхода регу.лятора 33 тока якорной цепи и напряжением выхода регулятора тока, при котором обеспечивается номинальная ЭДС двигателя при номинальном напряжении питающей сети, ЭДС двигателя устанавливается в соответствии с отклонением напряжения питающей сети от номинального значения, что обеспечивает необходимый запас по напряжению вентильного преобразователя 4 в динамическом режиме при набросе статической нагрузки на вал двигателя 3,

После наброса статической нагрузки на вал двигателя 3 с выхода датчика 16 статического тока на вход пропорционального элемента 38 подается сигнал, зависящий от величины статического тока.

Коэффициент усиления пропорционального элемента 38 равен эквивалентному сопротивлению якорной цепи двигателя Rg. С выхода пропорционального элемента 38 на вход 15 суммирующего элемента 12 подается сигнал, соответствующий произведению Ra На вход 13 суммирующего элемента 12 подается величина Е, поступающая на вход 9 регулятора 6 ЭДС, На выходе суммирующего элемента 12 формируется сигналр ..- т о ,.

Логический элемент 11 представляе собой устройство, которое срабатывает и пропускает сигнал Ej при условии, что на один из его входов подается сигнал, пропорциональный величине статического тока при ударном приложении нагрузки, а на втором входе сигнал, равный разности Е и Е, поступающий с выхода суммирующего элемента 17, равен нулю. При этом суммарное задание на ЭДС двигателя на входах 8 и 9 регулятора 6 ЭДС равно разности - 1„Кав замкнутой системе регулирования ЭДС двигателя контур регулирования ЭДС линеаризован, т.е, величина ЭДС двигателя полностью соответствует величине задания ЭДС, поступающего на вход регулятора 6. Выпрямленное напряжени при этом определяется выражением

д ан- «ИЗстКэ ан,

в диапазоне токов статической нагрузки от номинального и выше вследствие .действия дополнительной обратной связи по току якоря двигателя поддерживается номинальное напряжение вентильного преобразователя 4 независимо рт величины тока статической нагрузки.

Для предотвращения усиления поля двигателя на выход регулятора 6 включен блок 37 ограничения выходной величины.

Он настраивается таким образом, чтобы сигнал на выходе регулятора 6 не превышал значения, соответствующего номинальному току возбуждения двигателя.

Таким образом, введение пропорционального элемента,, выход которого соединен с однимиз входов суммирующего элемента, подключенного на вход логического элемента, а вход соединен с датчиком статического тока, включенным в якорную цепь двигателя, создает цепь обратной связи, сигнал которой определяется выражением

J dH- crS-E

л

включенную между якорной цепью и цепью возбуждения двигателя и действующую после приложения нагрузки при 65 условии достижения ЭДС двигателя

заданной величины, с которой начинается ослабление потока возбуждения, действие которой обеспечивает поддержание выпрямленного напряжения вентильного преобразователя, питающего якорную цепь двигателя, на скорости выше основной при токах статической нагрузки от номинального и выше на номинальном уровне независимо от величины тока статической нагрузки.

Введение интегрозапОминающего блока, вход которого через управляемый ключ соединен с выходом регулятора тока якорной цепи, а выход через управляемый ключ соединен с одним из входов суммирующего элемента, выход которого через неуправляемый вентиль соединен с входом другого суммирующего элемента, выход которого подключен к одному из входов регулятора ЭДС двигателя и второму входу суммирующего элемента, включенного на вход логического элемента, создает цепь обратной связи по разности между Фактическим напряжением выхода регулятора тока якорной цепи, измеренным до наброса статической нагрузки на вал двигателя предыдущей клети и напряжением, пропорциональньом напряжению выхода регулятора тока, при котором обеспечивается номинальная ЭДС двигателя при номинальном напряжении питающей сети, включенной между якорной цепью и цепью возбуждения двигателя, действие которой обеспечивает автоматическую установку величины ЭДС, с которой начинается ослабление потока возбуждения двигателя, с учетом отклонений напряжения питающей сети от номинальной величины, что позволяет поддерживать выпрямленное напряжение вентильного преобразователя, питающего якорную цепь двигателя, при токах статической нагрузки ниже номинального на уровне, соответствующем номинальной ЭДС двигателя независимо от величины тока статической нагрузки.

Поддержание выпрямленного напряжения вентильного преобразователя, питающего якорную цепь двигателя, на скорости выше основной на уровне, соответствующем номинальной ЭДС двигателя, при токах статической нагрузки ниже номинального и на номинальном уровне при токах статической нагрузки от номинального и выше позволяет повысить коэффициент мощности вентильного преобразователя до соответствующих уровней, что обеспечивает экономию электрической энергии.

Формула изобретения

Электропривод клети прокатного стана, содержащий электродвигатель постоянного тока, включенные в цепь обмотки возбуждения электродвигателя, последовательно соединенные вентиль- . ный преобразователь, регулятор тока возбуждения, регулятор ЭДС апериодическое звено и логический элемент,

0 один из входов которого подключен к датчику статического тока, включенному в якорную цепь электродвигателя, а второй - к выходу суммирующего элемента, вход которого через блок

5 выделения модуля подключен к датчику ЭДС двигателя и одному из входов регулятора ЭДС, а также управляемый вентильный преобразователь с регулятором тока в якорной цепи элек- .

0 тродвигателя, отличающийс я тем, что, с целью экономии электрической энергии путем повышения коэффициента мощности вентильного преобразователя, питающег о якорную цепь двигателя, в него дополнительно

5 введены три суммирующих элемента, интегрозапоминсшзщий блок, два управляемых ключа, неуправляемый вентиль и пропорциональный элемент, выход которого соединен с одним из входов

0 первого дополнительно введенного суммирующего элемента, подключенного на вход логического элемента, а вход соединен с датчиком статического тока, вход интегрозапоминающего блока

5 через первый управляемый ключ соединен с выходом регулятора тока якорной цепи, а выход через второй управляемый ключ соединен с одним из входов второго дополнительно введен0ного суммирующего элемента, выход которого через неуправляемый вентиль соединен с входом третьего дополни-. тельно введенного суммирующего элемента, выход которого подключен к

5 входу регулятора ЭДС двигателя и второму входу первого дополнительно введенного суммирующего элемента.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

5

кл. Н 02 Р 5/06, 1980.