12m可控冷軋機(jī)可控硅勵(lì)磁供電系統(tǒng)的改造

12m可控冷軋機(jī)可控硅勵(lì)磁供電系統(tǒng)的改造

1發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)鋼筋冷壓廠1.2m冷輥是20世紀(jì)50年代的蘇聯(lián)設(shè)備。由于設(shè)備的老化和技術(shù)落后，左卷、右卷和后卷的張力管理系統(tǒng)被改造，主缸的勵(lì)磁裝置由北京自動(dòng)化研究院設(shè)計(jì)，西蒙格爾曼系統(tǒng)。故障后，機(jī)器的勵(lì)磁裝置采用了西蒙格爾姆-德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)表，主缸的傳輸和壓下傳遞仍由“-”裝置供電。2功能描述2.1低電鏡下的強(qiáng)磁創(chuàng)造發(fā)電機(jī)勵(lì)磁供電調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用的是“四環(huán)”控制方式,如圖1所示。從外環(huán)到內(nèi)環(huán)依次為:速度環(huán)、電樞電流環(huán)、電樞電壓環(huán)、勵(lì)磁電壓環(huán)、速度環(huán)和電流環(huán)。對(duì)電樞電壓環(huán)來說除了對(duì)電樞電壓的調(diào)節(jié)作用外,它還有兩點(diǎn)特殊性:一是由于勵(lì)磁供電系統(tǒng)的電磁時(shí)間常數(shù)較大,為了提高快速性,系統(tǒng)要快速的產(chǎn)生強(qiáng)磁信號(hào),即對(duì)于前兩個(gè)環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用要產(chǎn)生較快速的反應(yīng),所以此環(huán)節(jié)的比例系數(shù)要調(diào)得比較大;另一個(gè)作用是消剩磁,即消除電機(jī)爬速,由于在停車時(shí),電樞電壓環(huán)和勵(lì)磁電壓環(huán)是不封鎖的,所以電樞電壓環(huán)的給定是零,只有電樞電壓(剩磁電壓)反饋信號(hào)存在,由電壓調(diào)節(jié)器輸出一個(gè)推移信號(hào),最終才能夠?qū)⑹４烹妷赫{(diào)節(jié)至零伏。這里需要注意的一個(gè)問題是電壓反饋量一定要夠,但又不能一味地提高電壓反饋,為此設(shè)計(jì)了一個(gè)改變電壓反饋系數(shù)的環(huán)節(jié)。當(dāng)停車時(shí),由繼電器聯(lián)鎖節(jié)點(diǎn)將電壓隔離變換的輸入電阻降低一部分,提高反饋量,從而可有效地消除剩磁電壓,最內(nèi)環(huán)是勵(lì)磁電壓環(huán),它的主要作用是產(chǎn)生強(qiáng)磁,由于此控制系統(tǒng)間接控制勵(lì)磁電流,它靠勵(lì)磁電壓的快速正、負(fù)向切換來使勵(lì)磁電流快速改變,所以此環(huán)節(jié)的固有放大系數(shù)需要很大。此外本系統(tǒng)還設(shè)置了“開車、停車邏輯”電路和“無環(huán)流邏輯”控制電路,以此作為對(duì)調(diào)節(jié)的封鎖或調(diào)節(jié)器控制和正、反向切換的控制。2.2磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)器pf電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁部分采用的是西門子公司設(shè)計(jì)的SIMOREG-K控制箱。本系統(tǒng)調(diào)節(jié)采用基速以下調(diào)壓和基速以上調(diào)磁的復(fù)合張力調(diào)節(jié)方法,即“最大力矩法”,基速以下為額定磁通,當(dāng)電樞電壓增加到使電動(dòng)機(jī)反電勢(shì)E達(dá)到額定電勢(shì)的90%～95%時(shí),開始進(jìn)行弱磁升速。電勢(shì)反饋與勵(lì)磁電流反饋共用一個(gè)比例調(diào)節(jié)器,為了使兩種反饋互相不受影響,起到各自的作用,在該系統(tǒng)中采用了由二級(jí)管D1和D2組成的最大選擇器,它只允許電勢(shì)反饋和勵(lì)磁反饋中最大的一個(gè)通過,起反饋?zhàn)饔?而把最小的那個(gè)鎖住不起反饋?zhàn)饔谩．?dāng)達(dá)到基速時(shí),弱磁升速開始,因?yàn)榉措妱?shì)E已經(jīng)大于電勢(shì)給定值,磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)通道封鎖,磁場(chǎng)電流調(diào)節(jié)器從保持磁場(chǎng)恒定切換到保持電勢(shì)恒定,而且這時(shí)|Ef|>E*。磁場(chǎng)調(diào)節(jié)器的輸出減小,通過觸發(fā)器控制SCR整流器使勵(lì)磁電流下降,以使電勢(shì)E保持不變,進(jìn)行弱磁升速。該過程一直進(jìn)行到轉(zhuǎn)速達(dá)到給定的最大轉(zhuǎn)速時(shí)為止。2.3程序控制器1.2m軋機(jī)配置一臺(tái)S5—155U可編程序控制器,用來完成速度設(shè)定、張力電流設(shè)定、動(dòng)態(tài)電流計(jì)算、卷徑計(jì)算、自動(dòng)減速、斷板保護(hù)和操作控制、集中故障顯示等功能。(1)卷取機(jī)轉(zhuǎn)速隨卷徑的變化由PLC給出5%點(diǎn)動(dòng)態(tài)速度設(shè)定,10%的附加速度設(shè)定,當(dāng)選張力時(shí),使速度調(diào)節(jié)器飽和,以滿足張力控制。0%～100%軋制速度設(shè)定,開卷側(cè)不給出速度設(shè)定,其卷取的速度分配值取決于主軋機(jī)的速度和卷取機(jī)的卷徑。設(shè)機(jī)組線速度為:v=πD主60i主nv=πD主60i主n主式中:v——機(jī)組線速度,m/s;D主——主軋機(jī)工作輥輥徑,m;n主——主軋機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min;i主——主軋機(jī)傳動(dòng)比。忽略卷取的前滑量,卷取的速度給定值應(yīng)滿足v=πD卷60i卷nv=πD卷60i卷n卷=πD主60i主n=πD主60i主n主,即n卷=i卷i主D=i卷i主D主n主D卷=kn主D卷n主D卷=kn主D卷式中k=i卷i主Dk=i卷i主D主,取vmax=12.5m/s,D主=370mm,則n主=660r/min,i主=1.02,i卷=3.56。卷取機(jī)轉(zhuǎn)速隨卷徑變化曲線如圖2所示。因?yàn)樵诰砣C(jī)張力的作用下,帶鋼產(chǎn)生變形,長(zhǎng)度增加,被拉伸的長(zhǎng)度稱為前滑量,所以要保證卷取機(jī)與主軋機(jī)速度同步,卷取機(jī)的速度給定還要考慮2%的前滑補(bǔ)償量,這個(gè)量合并到附加速度給定里考慮。(2)卷取機(jī)磁通量的變化規(guī)律卷取(開卷)機(jī)的控制目標(biāo)是保持帶鋼張力的恒定(忽略摩擦力矩和彎曲力矩),為了保證張力T恒定,電動(dòng)機(jī)應(yīng)該提供與卷徑D成正比的張力力矩,則作用在帶鋼上的張力轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足下式:ΜE=ΤD21i=CΜΦΙΤME=TD21i=CMΦIT(1)ΙΤ=12iCΜDΦΤ=k1DΦΤIT=12iCMDΦT=k1DΦT(2)式中:MT——張力轉(zhuǎn)矩,N·m;T——帶鋼張力,N;D——卷徑,m;i——傳動(dòng)比;IT——張力電流,A。為了保持張力T恒定,取張力電流IT與D/Φ成正比,磁通量的變化完全取決于轉(zhuǎn)速,與卷徑無關(guān),即在基速以下,電動(dòng)機(jī)保持額定磁通,I隨D而變化,可以輸出最大力矩?；僖陨?電動(dòng)機(jī)保持最大電壓,Φ隨D變化,可以輸出最大功率,電機(jī)容量得到充分發(fā)揮。根據(jù)式2,以卷徑為變量,繪出卷取機(jī)的張力電流變化曲線,如圖3所示。IT的變化情況是:在D0～D1段,磁通Φ恒定,IT與D成正比;在D1～D2段,電機(jī)進(jìn)入弱磁狀態(tài),機(jī)組線速度上升時(shí),I隨D的增加與磁通Φ的減弱而迅速增加;在D2～D3段,當(dāng)機(jī)組穩(wěn)定在某一個(gè)線速度時(shí),IT保持常量,因?yàn)関=πD60inv=πD60in,又E=CeΦn,故v=πD60iECeΦv=πD60iECeΦ,即DΦ=60ivCeπE=DΦ=60ivCeπE=常量。由式ΙΤ=k1DΦΤIT=k1DΦT,當(dāng)DΦDΦ為常量時(shí)張力電流IT為常量。在D3～Dmax段,Φ常量,IT按D成正比例增加,到D=Dmax時(shí),IT達(dá)到最大值。(3)機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量加速轉(zhuǎn)矩是提供傳動(dòng)機(jī)械和鋼卷在加減速過程中克服慣性所需要的動(dòng)能,加速轉(zhuǎn)矩為Μb=JdωdtMb=Jdωdt。∵ω=2πn60∴Μb=2πJ60dndt(3)在加速期間內(nèi)忽略鋼卷直徑的變化,在電機(jī)軸上給出下列關(guān)系:dndt=60πDdvdt,由于v=πDn60i則:Μb=2JiDdvdt(4)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J由一個(gè)固定的JF電機(jī)軸和卷筒總軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及變化的JB鋼卷的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量?jī)刹糠纸M成,即J=JF+JB(5)JB=π32i2ρb(D4-D40)(6)式中:J——轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,kg·m2;ρ——鋼卷比重,kg/m3;b——帶鋼寬度,m;i——傳動(dòng)比。J=JF+JB=JF+π32i2ρb(D4-D40)(7)將式7代入式4得:Μb=[2iJF+πbρ16i(D4-D40)]1Ddvdt(8)由Mb=CMΦIbE=CeΦn∴Μb=CΜECeΙbn因此有動(dòng)態(tài)電流Ιb=CeCΜnEΜb=[2iJFCeCΜ+πbρCe16iCΜ(D4-D40)]nDEdvdt(9)則Ιb=[(D4-D40)k1+k2]nEDdvdt(10)式中:k1=πbρCe16iCΜ=45.26k2=2iJFCeCΜ=484.61。這里取b=1m,CM=9.55Ce,取機(jī)組最大線速度v=12.5m/s,加速時(shí)間t=11.5s,則dvdt=1.1m/s2已知E=850V,ρ=7800kg/m3,i=3.56,D0=0.75m,卷取機(jī)的飛輪慣量:GD2=2600kg·m2,則轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JF=GD24=650kg·m2。將上