УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЭЛЕКТРОПРИВОДА ЧЕРНОВОЙ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в высоковольтных синхронных электроприводах черновых клетей прокатных станов, в которых не требуется регулирование скорости. Высокая жесткость механических характеристик приводных двигателей приводит к большим динамическим нагрузкам при пуске вхолостую и работе с переменной нагрузкой, а именно при захвате раската горизонтальными валками. Возникающие при этом в элементах кинематической цепи клети перегрузки отрицательно влияют на стойкость оборудования стана. Поэтому мероприятия, направленные на ограничение динамических нагрузок в этих режимах работы посредством регулирования вращающего момента двигателя, являются актуальными.
Известны способы и устройства для снижения динамических нагрузок, возникающих в процессе захвата металла валками, основанные на распределении масс и жесткостей элементов кинематической цепи клети (применение вал-торсионов), а также изменении скорости технологического сопротивления (рез переднего конца раската по угловому или шевронному контуру) [Повышение работоспособности прокатного оборудования за счет снижения динамических нагрузок / Б.Е.Житомирский, С.Д.Гарцман, А.А.Филатов и др. // Металлургическое оборудование (ЦНИИИиТЭИпТТМ). - М.: - 1982. - №33]. Кроме того, известен способ горячей прокатки, при котором передний конец раската отгибают на выходе из вертикальных валков в вертикальной плоскости от линии прокатки с помощью специально установленного направляющего устройства или поворота вертикальных валков и в таком положении вводят его в контакт с одним из горизонтальных валков, вне пределов очага деформации установившегося процесса прокатки, и затем снимают усилие отгиба после захвата металла горизонтальными валками [авторское свидетельство SU №1148658, кл. В21В 1/26 от 07.04.85].
Недостатками этих технических решений являются: изменение и усложнение элементов кинематической цепи клети, установка дополнительного оборудования, а также увеличение расходного коэффициента металла.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для пуска и самозапуска синхронного двигателя, которое может быть использовано для улучшения пусковых характеристик за счет увеличения асинхронного момента синхронного двигателя путем изменения параметров цепи обмотки возбуждения [патент RU №2014720 С1, кл. Н02Р 1/46 от 15.06.1994]. Обмотку возбуждения подключают к активному добавочному сопротивлению, а обмотку статора - к напряжению питающей сети, измеряют мгновенные значения напряжений на статоре и тока в обмотке возбуждения, определяют скольжение ротора, при достижении скольжением первого заданного значения при каждом провороте ротора относительно поля статора определяют моменты времени для переключений обмотки возбуждения, в соответствии с которыми и чередуют ее подключение к возбудителю с двухполярным форсированным напряжением с подключением к добавочному активному сопротивлению, при достижении скольжением второго заданного значения обмотку возбуждения подключают к возбудителю с постоянным по знаку напряжением, дополнительно измеряют мгновенные значения токов в статоре, определяют знак производной тока в обмотке возбуждения, вычисляют мгновенные значения вращающего электромагнитного момента и фиксируют его максимальные и минимальные значения в течение каждого проворота ротора относительно поля статора, при этом обмотку возбуждения подключают к добавочному активному сопротивлению в моменты фиксации каждого максимального значения вращающего электромагнитного момента, а к возбудителю с форсированным напряжением, полярность которого выбирают совпадающей со знаком производной тока в обмотке возбуждения, подключают в моменты фиксации каждого минимального значения вращающего электромагнитного момента, а подключение обмотки возбуждения к возбудителю с постоянным по знаку напряжением, полярность которого выбирают совпадающей со знаком производной тока в обмотке возбуждения, производят при достижении скольжением второго заданного значения после фиксирования минимального значения вращающего электромагнитного момента, причем вращающий электромагнитный момент М определяют по формуле:
a
b
c
где U, U, U - фазные напряжение статора, В;
a
b
c
i, i и i - фазные токи статора, А;
a
b
c
R, R и R - активные сопротивления обмоток статора, Ом.
Недостаток данного устройства заключается в том, что в диапазоне скольжений близких к нулю, которые характерны для режима работы двигателя черновой клети прокатного стана при захвате раската горизонтальными валками, регулирование асинхронного момента прекращается и обмотка возбуждения подключается к возбудителю с постоянным по знаку напряжением. Кроме того, устройство содержит громоздкие гасительные сопротивления и сопутствующие коммутирующие элементы, характерные для высоковольтных электродвигателей большой мощности.
Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение динамических нагрузок, возникающих при захвате раската горизонтальными валками черновой клети прокатного стана, за счет регулирования электромагнитного момента синхронного двигателя с помощью возбудителя с двухполярным регулируемым напряжением.
Сущность изобретения заключается в том, что устройство, содержащее синхронный двигатель с демпферной обмоткой, обмотка статора которого подключена к напряжению питающей сети, обмотка ротора - к возбудителю с двухполярным регулируемым напряжением, измеряет мгновенные значения фазных токов и напряжений на статоре и ток в обмотке возбуждения, определяет момент прохождения раската через точку, расположенную на заданном расстоянии от клети, изменяет полярность и величину приложенного к обмотке возбуждения напряжения, в результате чего осуществляется реверс тока возбуждения и убывание электромагнитного момента, свидетельствующее о переходе работы двигателя в асинхронный режим, что вследствие приводит к формированию дополнительного синхронизирующего момента в демпферной обмотке, определяется знак, а также минимальное и максимальное значение электромагнитного момента, и, при фиксировании минимума момента, к обмотке возбуждения прикладывается форсированное напряжение обратной полярности, возрастает ток в обмотке возбуждения и формируется дополнительный электромагнитный момент до входа металла в клеть, в результате чего ограничиваются амплитудные значения момента двигателя во время переходного процесса захвата и прокатки раската, и, при достижении током возбуждения номинального значения, форсированное напряжение, которое приложено к обмотке возбуждения, понижается до номинальной величины.
a
b
c
a
b
c
Устройство, структурная схема которого представлена на фиг.1, содержит синхронный двигатель 1, обмотка статора которого подключена к напряжению питающей сети, обмотка возбуждения 2 - к возбудителю 3 с двухполярным регулируемым напряжением, блок измерительных преобразователей 4, блок логики 5, датчик тока возбуждения 6 и датчик наличия металла 7. Блок измерительных преобразователей 4 содержит трансформаторы тока и напряжения, с выходов которого напряжения Ui, Ui, Ui, U, U, и U, пропорциональные мгновенным значениям фазных токов и напряжений статора, поступают на первые шесть входов блока логики 5. На седьмой вход блока логики 5 поступает сигнал с датчика тока возбуждения 6. Дискретный сигнал с датчика наличия металла 7 поступает на восьмой вход блока логики 5. Данный датчик должен быть расположен на пути движения раската не ближе, чем на расстоянии l от точки контакта раската с горизонтальными валками, которое можно вычислить по формуле:
где v - линейная скорость движения раската, м/с;
t - время переходного процесса формирования дополнительного вращающего момента, с.
2
1
Время переходного процесса t определяется, как разница между моментами времени t и t, представленными на временной диаграмме захвата раската горизонтальными валками черновой клети с использованием предлагаемого устройства (фиг.2).
в
в
c
2
Временная диаграмма получена в результате работы математической модели черновой клети непрерывного широкополосного стана горячей прокатки 2000 при использовании предлагаемого устройства с параметрами синхронного двигателя типа СДСЗ-490-18/40. Она иллюстрирует характер изменения электромагнитного момента двигателя М, тока возбуждения I и напряжения U, прикладываемого к обмотке возбуждения двигателя, в случае приложения номинальной нагрузки М в момент времени t.
1
в
в
a
b
c
в
в
в
2
c
в
3
После завершения процессов пуска, двигатель 1 работает в синхронном режиме, его статорная обмотка подключена к напряжению питающей сети, обмотка возбуждения 2 - к возбудителю 3, на выходах которого сформировано номинальное постоянное по знаку напряжением. В момент времени t по сигналу от датчика наличия металла 7 блок логики 5 подает сигнал - U на первый вход возбудителя 3, который, в свою очередь, изменяет полярность прикладываемого к обмотке возбуждения 2 напряжения, что приводит к реверсу тока возбуждения. В случае расположения датчика наличия металла на расстоянии большем l, сигнал - U подается с соответствующей задержкой. Изменение тока возбуждения приводит к убыванию электромагнитного момента и переходу работы двигателя 1 в асинхронный режим, в результате чего в демпферной обмотке формируется дополнительный синхронизирующий момент. Во время данного переходного процесса фиксируют знак, а также минимальное и максимальное значение электромагнитного момента М с помощью блока логики 5 по формуле (1) (активные сопротивления обмоток статора R, R, и R известны из паспортных данных двигателя). Кроме того, измеряют мгновенные значения тока I в обмотке возбуждения. При фиксации минимума момента в блоке логики 5 изменяют полярность напряжения, посредством подачи сигнала +U на второй вход возбудителя 3, и прикладывают к обмотке возбуждения 2 форсированное напряжение, тем самым увеличивая ток возбуждения. Работа возбудителя 3 с форсированным напряжением на интервале возрастания момента обеспечивает введение ЭДС в цепь обмотки возбуждения 2, включенной согласно с ЭДС, наводимой вращающимся полем статора, что обеспечивает дополнительный рост тока I, a следовательно, и момента М. При изменении знака электромагнитного момента, что соответствует моменту времени t на временной диаграмме (фиг.2), начинается процесс наброса нагрузки (захват раската валками), который представлен на диаграмме в виде кривой статического момента М. Указанные мероприятия позволяют повысить значение электромагнитного момента до входа металла в клеть, тем самым ограничивая амплитудные значения момента двигателя во время переходного процесса прокатки раската. После достижения током возбуждения номинального значения к обмотке возбуждения 2 прикладывают номинальное напряжение за счет уменьшения амплитуды сигнала +U, что соответствует моменту времени t на временной диаграмме (фиг.2).
Блокировка регулирования выходного напряжения возбудителя 3 блоком логики 5 в аварийном режиме или режиме пуска, осуществляется подачей сигнала на девятый вход блока логики 5 от контроллера системы управления клетью 8.
1
Для оценки эффективности работы устройства на временной диаграмме (фиг.2) представлена кривая электромагнитного момента двигателя M без использования предлагаемого устройства. Амплитудное значение первого колебания вращающего момента при захвате раската, благодаря использованию устройства, снижается на 0,47 о.е.
Таким образом, устройство позволяет существенно снизить динамические нагрузки в главных линиях черновых клетей широкополосных станов горячей прокатки, увеличить долговечность оборудования.