Разработка и исследование систем регулирования синхронного электропривода черновых клетей станов горячей прокатки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Мигунов, Дмитрий Викторович

• Мигунов, Дмитрий Викторович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Мигунов, Дмитрий Викторович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ

ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

1.1 Основные характеристики черновых клетей прокатных станов

1.2 Анализ главных электроприводов черновых клетей с синхронными

двигателями

1.3 Обзор исследований динамических нагрузок в приводных линиях

прокатных станов

Выводы

2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

ЧЕРНОВОЙ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА

2.1 Математическое описание электромеханической системы черновой

клети

2.2 Модель явнополюсного синхронного двигателя с демпферной обмот-

кой

2.3 Построение структурной схемы черновой клети с синхронным элек-

троприводом

2.4 Разработка модели электромеханической системы черновой клети

№3 прокатного стана 2000 с помощью пакета 8шшНпк 7.1

Выводы

3 ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ЧЕРНОВОЙ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА

3.1 Анализ способов снижения динамических нагрузок в системе син-

хронного электропривода прокатной клети

3.2 Управление электроприводом черновой клети на основе регулирова-

ния возбуждения синхронного двигателя

3.3 Система управления электроприводом черновой клети на основе пре-

образователя частоты с автономным инвертором тока

3.4 Моделирование векторной системы управления электроприводом

черновой клети с помощью пакета Simulink 7.1

Выводы

4 РАЗРАБОТКА ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ЧЕРНОВОЙ КЛЕТИ ПРОКАТНОГО СТАНА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

4.1 Устройство для снижения динамических нагрузок электропривода

черновой клети на основе регулирования возбуждения синхронного двигателя

4.2 Модернизированная система управления синхронного электроприво-

да черновой клети №3 стана 2000

4.3 Система векторного управления электроприводом черновой клети для

режима работы с минимизацией потерь энергии

4.4 Оценка эффективности использования способов снижения динамиче-

ских нагрузок в элементах привода черновой клети

Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А Паспортные данные синхронных двигателей

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Результаты моделирования переходных процессов

ПРИЛОЖЕНИЕ В Характеристики преобразователя частоты

MEGADRIVE-LCI

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Акты о внедрении результатов работы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и исследование систем регулирования синхронного электропривода черновых клетей станов горячей прокатки»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы определяется значительной динамической загруженностью электромеханических систем главных приводов черновой группы клетей непрерывных широкополосных станов горячей прокатки, приводящей к преждевременному износу и поломкам оборудования. Следствием этого является возрастание количества аварийных простоев станов, эксплуатационных расходов, а также снижение производительности и долговечности механизмов клетей, ухудшение качества прокатываемой полосы.

В основе нерегулируемого электропривода (ЭП) переменного тока черновых клетей используют мощные высоковольтные синхронные двигатели с демпферной обмоткой, так как они обладают рядом преимуществ над асинхронными двигателями и двигателями постоянного тока. Существующие системы синхронных электроприводов черновых клетей с прямым подключением обмотки статора к питающей сети и типовыми автоматическими системами управления возбуждением не позволяют осуществлять ограничение возникающих в процессе прокатки металла динамических нагрузок, обусловленных жесткой механической характеристикой синхронного двигателя. Однако в настоящее время происходит стремительное развитие высоковольтной полупроводниковой техники, поэтому актуальным является переход к регулируемым системам управления мощным синхронным двигателем черновой клети на основе преобразователя частоты. Несмотря на то, что синтезу оптимальных систем векторного частотного управления посвящено большое количество работ, они характеризуются сложными алгоритмами расчета переменных, зависящих друг от друга. Использование математической модели синхронного двигателя, учитывающей нелинейность магнитной цепи, дает возможность уточнить алгоритм работы системы векторного управления, позволяющей улучшить динамические и энергетические характеристики электропривода черновой клети.

Ввиду высокой стоимости данного класса преобразователей частоты, их широкое применение ограничено, и актуальной задачей остается исследование и совершенствование существующих систем регулирования возбуждения синхронного двигателя прокатной клети, которые позволят снижать динамические нагрузки в электромеханической системе привода клети.

Работа выполнена в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)».

Цель работы - совершенствование системы регулирования синхронного электропривода путем разработки новых схемных решений, позволяющих управлять скоростью и моментом двигателя для снижения динамических нагрузок в электромеханической системе черновой клети стана горячей прокатки.

Идея работы заключается в разработке системы синхронного электропривода с прямым подключением обмотки статора к питающей сети, а обмотки возбуждения к двухполярному возбудителю, и системы на основе преобразователя частоты, обеспечивающих автоматическое регулирование тока возбуждения при резком изменении нагрузки на валу двигателя в циклическом режиме процесса прокатки металла.

Задачи работы:

- анализ динамических свойств синхронного электропривода черновой прокатной клети;

- построение математической модели, описывающей динамические процессы привода черновой клети с синхронным двигателем;

- разработка системы автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя, позволяющей снизить динамические нагрузки в элементах привода в момент захвата металла валками клети;

- синтез системы частотного векторного управления синхронным электроприводом прокатной клети с улучшенными динамическими характеристиками;

- разработка энергосберегающей векторной системы управления синхронным электроприводом черновой клети, адаптированной к изменению нагрузки на валу двигателя в широком диапазоне;

-оценка эффективности использования систем регулирования мощного высоковольтного синхронного электропривода черновой клети.

Методы исследования:

При решении поставленных в диссертационной работе задач использовались теория автоматического управления, теория электрических машин, а также методы математического моделирования и экспериментального подтверждения. Численное решение уравнений математических моделей выполнялось на ЭВМ с помощью пакета математических программ 8шш1тк.

Научная новизна:

- разработано устройство, позволяющее снизить динамические нагрузки в электромеханической системе привода черновой клети во время захвата металла валками, отличающееся от известных алгоритмом работы, который заключается в реверсе тока возбуждения синхронного двигателя за счет изменения величины и полярности напряжения возбуждения, увеличении угла нагрузки, закрытии зазора в кинематической цепи, увеличении электромагнитного момента, с последующей кратковременной форсировкой напряжения возбуждения;

- предложена система векторного частотного управления синхронным электроприводом прокатной клети, отличающаяся способностью управлять величиной зазора в кинематической цепи за счет регулирования частоты вращения синхронного двигателя;

- разработан способ повышения энергетических показателей частотного синхронного электропривода с векторной системой управления, основанный на адаптации параметров регулятора тока возбуждения системы управления к величине нагрузки на валу двигателя.

Практическая значимость:

- разработанное устройство регулирования возбуждения ограничивает динамические нагрузки в элементах кинематической цепи привода клети;

- предложенный адаптивный регулятор тока возбуждения для системы частотного синхронного ЭП снижает уровень потребления электроэнергии.

Достоверность результатов и выводов подтверждена математическим обоснованием разработанных зависимостей и синтезированных моделей, сопоставимостью результатов моделирования с результатами расчетов и экспериментальными данными, полученными в производственных условиях ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (НЛМК), а также сопоставимостью полученных результатов с положениями теории электропривода.

На защиту выносится:

- результаты исследования динамических свойств синхронного электропривода прокатной клети;

- математическая модель трехмассовой электромеханической системы привода черновой клети с синхронным двигателем;

- устройство регулирования напряжения возбуждения синхронного двигателя, снижающее величину динамических нагрузок прокатной клети;

- система частотного векторного управления синхронным электроприводом черновой клети прокатного стана.

Реализация результатов работы. Полученные во время исследований результаты используются при проведении перспективных разработок в У АСУТП ЦАТП ОАО «НЛМК» и внедрены в учебный процесс специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов» Липецкого государственного технического университета (ЛГТУ).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации докладывались и обсуждались на 7-ой международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия» (Липецк 2010); на XVII международной научно-практической конференции студентов и молодых ученых «Современные техника и технологии» (Томск 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, в том числе 2 опубликованы в изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, 1 патент на полезную модель.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка, включающего 103 наименования, и 4 приложений. Общий объем работы - 179 страниц. Основная часть изложена на 147 страницах текста, содержит 59 рисунков, 6 таблиц.

1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ СИСТЕМ ЧЕРНОВЫХ КЛЕТЕЙ ПРОКАТНЫХ СТАНОВ

1.1 Основные характеристики черновых клетей прокатных станов

Черновые клети, совместно с их механизмами и деталями, относятся к основному оборудованию непрерывного широкополосного стана горячей прокатки (НШСГП), которое непосредственно связано с пластическим деформированием металла. В черновых клетях осуществляют начальную стадию прокатки слябов, расположенные последовательно одна за другой, они образуют черновую группу.

Черновая группа непрерывного стана горячей прокатки, как правило, включает в себя вертикальный окалиноломатель (эджер) и от 3 до 6 горизонтальных клетей. Для обеспечения ровных кромок полосы и точных размеров применяют универсальные клети, в которых одновременно с четырехвалковой горизонтальной клетью устанавливают вертикальную, расположенную по ходу прокатки перед горизонтальными валками. Вертикальная клеть по своей конструкции аналогична вертикальному окалиноломателю, за исключением узла станин, который крепится к станинам горизонтальной клети. В качестве рабочих клетей широкополосных станов для производства листов и полос толщиной от 1,45 до 25 мм используют универсальные клети, содержащие два или четыре горизонтальных валка (дуо и кварто), длина бочки которых, как правило, равна

от 1700 до 2500 мм [1].

Для сокращения длины черновой группы и улучшения температурного режима прокатки, на некоторых станах последние клети группы устанавливают на расстоянии 10-И 2 м, т.е. прокатка металла производится одновременно в двух клетях. Установка двух спаренных клетей образует отдельную непрерывную черновую подгруппу. Первая клеть этой непрерывной подгруппы обычно имеет привод от электродвигателя постоянного тока, а вторая - от электродвигателя переменного тока [2].

Например, на стане 2000 ОАО «Северсталь» установлены строенные черновые универсальные клети №3, 4, 5, образующие непрерывную черновую подгруппу, привод горизонтальных валков осуществляется от двигателей постоянного тока и предусмотрено управление скоростным режимом прокатки, что обеспечивает регулирование скорости и в случае необходимости разгон клетей с металлом в процессе прокатки.

На непрерывном стане 2000 ОАО «НЛМК», как и на большинстве других НШСГП, расстояние между клетями черновой группы таково, что металл свободно прокатывается в каждой клети и поступает в последующую клеть тогда, когда он вышел из валков предыдущей клети [3]. Программа прокатки в клетях черновой группы данного стана построена так, чтобы величины относительных обжатий в клетях практически оставались постоянными при прокатке различного сортамента. Таким образом, соотношение скоростей между клетями черновой группы остается неизменным, что позволяет для привода клетей применять нерегулируемые тихоходные синхронные двигатели (СД), а редукторы черновых клетей выполнять одноступенчатыми. Проектные данные, характеризующие горизонтальные черновые клети и двигатели главных приводов станов 2000 ОАО «НЛМК» и ОАО «Северсталь», приведены в табл. 1.1.

Кроме синхронных и электродвигателей постоянного тока мощностью 5+-12 МВт и более, в настоящее время для привода рабочих валков черновых клетей применяют многодвигательные схемы с высоковольтными синхронными двигателями меньшей мощности с возможностью частотного регулирования. В результате реконструкции черновой клети №1 стана 2000 ОАО «НЛМК» были установлены четыре синхронных двигателя мощность 2500 кВт (по два двигателя на каждый рабочий валок), что увеличило суммарную мощность привода клети с 5 до 10 МВт, а также повысило надежность его работы. Кроме того, использование непосредственных преобразователей частоты (НПЧ) фирмы «АГАТОМ» позволило регулировать скорость прокатки в диапазоне от 1 до 2 м/с, осуществлять реверсивный режим прокатки в несколько проходов.

Таблица 1.1.

Характеристики черновых клетей станов 2000 ОАО «НЛМК» и ОАО «Северсталь»*

Номер клети Тип горизонтальной клети Скорость прокатки, м/с Диаметр валков, мм Характеристики электродвигателя

опорный рабочий тип мощность, кВт скорость вращения, об/мин кол-во

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Мигунов, Дмитрий Викторович

Основные результаты, полученные в диссертации, позволяют сформулировать следующие выводы:

1. Определены основные причины возникновения динамических нагрузок в элементах электропривода черновой клети с синхронным двигателем и предложены способы их снижения за счет регулирования параметров приводного двигателя.

2. Разработана компьютерная модель синхронного электропривода черновой клети на основе математического описания трехмассовой электромеханической системы, которая позволяет производить учет электромагнитных свойств явнополюсного синхронного двигателя с демпферной обмоткой и угловых зазоров в узлах соединения деталей. Модель является основой для построения и исследования систем автоматического регулирования электропривода клети.

3. Разработан способ снижения динамических нагрузок, основанный на реверсировании тока возбуждения при работе двигателя на холостом ходу до захвата металла валками клети. Способ позволяет на 52% снизить динамические нагрузки в элементах механической части электропривода черновой клети прокатного стана за счет выбора зазора в кинематической цепи, а также уменьшить в 1,5 раза максимальное значение электромагнитного момента синхронного двигателя при выбранном зазоре.

4. Модернизацию существующей системы управления синхронного электропривода черновой клети для реализации способа снижения динамических нагрузок следует проводить путем установки дополнительного силового тири-сторного модуля для питания обмотки возбуждения и проведения корректировки программного обеспечения контроллера системы управления.

5. Произведен синтез системы частотно-токового векторного управления синхронного электропривода черновой клети с возможностью задания модулей вектора тока статора и вектора основного потокосцепления и угла между ними, обеспечивающей плавный пуск двигателя и снижение динамических нагрузок в элементах механической части электропривода до 63% по сравнению с системой нерегулируемого электропривода.

6. Разработана система векторного управления синхронным электроприводом черновой клети, которая позволяет на 25-60% снизить электрические потери при работе двигателя клети на холостом ходу, а также перераспределить их между обмотками статора и ротора.

7. Предложенные технические решения, направленные на снижение динамических нагрузок в главных линиях черновых клетей широкополосных станов горячей прокатки с синхронным электроприводом, повышают запас прочности их элементов от 1,5 до 6 раз, тем самым увеличивая долговечность оборудования клетей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных в диссертационной работе исследований была решена актуальная научная задача, заключающаяся в разработке систем регулирования мощного высоковольтного синхронного электропривода черновой клети прокатного стана с подключением обмоток статора и ротора двигателя к управляемым силовым преобразователям. Системы регулирования позволяют осуществлять ограничение динамических нагрузок в элементах кинематической цепи привода клети и повысить энергетические показатели синхронного электропривода.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Мигунов, Дмитрий Викторович, 2012 год

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Суворов И. К. Обработка металлов давлением: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Высш. школа, 1980. 364 с.

2. Фомин Г. Г., Дубейковский А. В., Гринчук П. С. Механизация и автоматизация широкополосных станов горячей прокатки: учебник для студ. высш. учеб. завед. М.: Металлургия, 1979. 232 с.

3. Афанасьев В. Д. Автоматизированный электропривод в прокатном производстве: учебное пособие для студентов металлургических вузов. М.: Металлургия, 1977. 281 с.

4. Королев А. А.. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. М.: Металлургия, 1976. 544 с.

5. Иванченко Ф. К., Красношапка В. А. Динамика металлургических машин. М.: Металлургия, 1983. 295 с.

6. Иванченко Ф. К., Полухин П. И., Тылкин М. А. и др. Динамика и прочность прокатного оборудования. М.: Металлургия, 1970. 487 с.

7. Лехов О. С. Динамические нагрузки в линии привода обжимных станов. М.: Машиностроение, 1975. 184 с.

8. Коцарь С. Л. Динамика процессов прокатки. М.: Металлургия, 1997.

256 с.

9. Вершинин П. П., Хашпер Л. Я. Применение синхронных электроприводов в металлургии. М.: Металлургия, 1974. 272 с.

10. Зиновьев М. Г., Розенберг Г. В., Феськов Е. М. Справочник по наладке электрооборудования промышленных предприятий. М.: Энергоатомиз-дат, 1983. 378 с.

11. Абрамович Б. Н., Круглый А. А. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей. Л.: Энергоатомиздат, 1983. 128 с.

12. Синхронные электродвигатели: каталог. Хельсинки: ABB, 2006.

28 с.

13. Славик И. Конструирование силовых полупроводниковых преобразователей. М.: Энергоатомиздат, 1989. 222 с.

14. Линдер Ш. Силовые полупроводниковые приборы. Обзор и сравнительная оценка // Электротехника, 2007. №5. С. 4-11.

15. Мещеряков В. Н., Мигунов Д. В. Высоковольтные преобразователи частоты // Сборник статей научно-технической конференции, посвященной 35-летию кафедры электропривода Липецкого государственного технического университета. Липецк: ЛГТУ, 2009. С. 96-99.

16. Вейнгер А. М. Регулируемый синхронный электропривод. М.: Энергоатомиздат, 1985. 224 с.

17. Терехов В. М., Осипов О. И. Системы управления электроприводов: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2005. 304 с.

18. Вейнгер А. М. Перспективы регулируемых электроприводов переменного тока большой мощности // Сб. научн. трудов по материалам IV международной конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития». Магнитогорск, 2004. ч.1. С. 38-52.

19. Дериг К. , Кале К., Хагман Р. Новый компактный широкополосный стан горячей прокатки на заводе фирмы ECO STAHL GmbH и система его автоматизации // Черные металлы, 1998. №7. С. 62-70.

20. Лищенко А. И. Синхронные двигатели с автоматическим регулированием возбуждения. Киев: Техника, 1969. 192 с.

21. Сыромятников И. А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1984. 240 с.

22. Корнилов Г. П., Карандаев А. С., Шурыгина Г. В. Оптимальное регулирование возбуждения синхронного двигателя // Промышленная энергетика, 1990. №8. С. 24-25.

23. Петелин Д. П. Автоматическое регулирование возбуждения синхронных двигателей. М.: Госэнергоиздат, 1961. 190 с.

24. Ахматов М. Г. Синхронные машины. Специальный курс: учеб. пособие для втузов. М.: Высш. шк., 1984. 135 с.

25. Кожевников С. Н. Динамика машин с упругими звеньями. Киев:

Изд. АН УССР, 1961.312 с.

26. Адамия Р. Ш., Лобода В. М. Основы рационального проектирования металлургических машин. М.: Металлургия, 1984. 128 с.

27. Голубенцев А. Н. Интегральные методы в динамике. К.: Техшка,

1967. 350 с.

28. Голубенцев А. Н. Динамика переходных процессов в машинах со

многими массами. К.: Машгиз, 1959. 148 с.

29. Большаков В. И. Взаимодействие парциальных систем с упругими связями при колебаниях и оценка степени их связанности // Теория механизмов и машин. Харьков: ХГУ, 1969. Вып.7. С. 66-69.

30. Лошкарев В. И. Определение оптимальных параметров главной линии рабочей клети нереверсивного прокатного стана // Динамика металлургических машин: сб. ст. ИЧМ. М.: Металлургия, 1969. С. 17-21.

31. Wright J. Mill drive system to minimize torque amplification // Iron and

Steel Engineer. July, 1976. C.56-60.

32. Скичко П. Я., Веренев В. В. Снижение ударных нагрузок в непрерывных широкополосных станах // Металлургическая и горнорудная промышленность, 1979. № 1. С.57-59.

33. Хлопонин В. Н., Коцарь С. Л., Третьяков В. А. Снижение динамических нагрузок при захвате металла валками // ИзвВузЧернМеталл, 1986. №11. С. 153-154.

34. Житомирский Б. Е., Гарцман С. Д., Филатов А. А. Повышение работоспособности прокатного оборудования за счет снижения динамических нагрузок // Металлургическое оборудование: обзор ЦНИИИиТЭИпТТМ. М.,1982. №33.

35. Артюх Г. В., Артюх В. Г., Артюх В. С. К вопросу защиты от поломок непрерывных широкополосных станов // Межвузовский тематич. сб. «Защита металлургических машин от поломок». Мариуполь, 1997. Вып. 2. С. 58-68.

36. Артюх В. Г. Совершенствование защиты металлургических машин от перегрузок и поломок // Сталь, 2003. №3. С. 54-56.

37. Кирильченко П. Н., Артюх В. Г., Артюх Г. В. и др. Система защиты оборудования от аварийных поломок // Сталь, 2007. №1. С. 65-67.

38. Карпухин И. И. Снижение динамических нагрузок и повышение долговечности машин широкополосных станов горячей прокатки // Бюллетень «Черная металлургия» ОАО «Черметинформация», 2004. №07. С. 31-35.

39. Веренев В. В. Взаимосвязь колебательных процессов в упругих системах прокатной клети // Металлургическая и горнорудная промышленность, 2005. № 1. С. 100-103.

40. Ключев В. И. Ограничение динамических нагрузок электропривода. М.: Энергия, 1971.380 с.

41. Вейц В. Л. Динамика машинных агрегатов. М.: Машиностроение,

1969. 367 с.

42. Кононенко В. О. Колебательные системы с ограниченным возбуждением. М.: Наука, 1964. 254 с.

43. Белов M. П., Новиков В. А., Рассудов Л. Н. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов: учебник для вузов. М.: Академия, 2004. 576 с

44. Москаленко В. В. Электрический привод: учебник для студ. высш. учеб. Заведений. М.: Издательский центр «Академия», 2007. 368 с.

45. Мещеряков В. Н., Мигунов Д. В. Математическое моделирование динамических процессов в электроприводе черновой клети прокатного стана // Известия ТулГУ. Технические науки, 2011. №5. Ч.З. С. 11-15.

46. Большаков В. И. Уравнения движения и электронное моделирование механических систем с зазорами и упругими связями // Модернизация и автоматизация оборудования прокатных станов: сб. тр. ИЧМ. М.: Металлургия, 1967. Вып.27. С. 209-214.

47. Вейц В. Л., Кочура А. Е., Царев Г. В. Расчеты механических систем привода с зазорами. М.: Машиностроение, 1979. 183 с.

48. Целиков А. И., Никитин Г. С., Рокотян С. Е. Теория продольной прокатки: учебник для студ. машиностроит. и металлург, высш. учеб. заведений. М.: Металлургия, 1980. 320 с.

49. Целиков А. И., Томленов А. Д., Зюзин В. И. и др. Теория прокатки: справочник. М.: Металлургия, 1982. 335 с.

50. Смирнов В. В., Яковлев Р. Я. Механика приводов прокатных станов. М.: Металлургия, 1977. 216 с.

51. Бройдо Б. С. Синтез систем автоматического управления непрерывными станами холодной прокатки. М.: Металлургия, 1978. 160 с.

52. Petersen S. R. Impact torsional vibration of direct-current hot strip mill driver motor // Iron and Steel Engineer, 1964. №10. C. 105-110.

53. Лысов M. С., Стариков А. В., Стариков В. А. Снижение динамических нагрузок электропривода черновой клети прокатного стана // Вестник

Сам. гос. техн. ун-та. Сер.: Физ.-мат. Науки. Самара: СамГТУ, 2008. №1. С. 102-107.

54. Копылов И. П. Математическое моделирование электрических машин: учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2001. 327 с.

55. Постников И. М. Обобщенная теория и переходные процессы электрических машин. М.: Высшая школа, 1975. 319 с.

56. Сили С. Электромеханическое преобразование энергии: пер. с англ. М.: Энергия, 1968. 378 с.

57. Фираго Б. И., Павлячик Л. Б. Регулируемые электроприводы переменного тока. Мн.: Техноперспектива, 2006. 363 с.

58. Копылов И. П., Клоков Б. К., Морозкин В. П. и др. Проектирование электрических машин. М.: Высшая школа, 2002. 495 с.

59. Соколовский Г. Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием: учебник для студ. высш. учеб. заведений. М.: Академия, 2006. 272 с.

60. Фильц Р. В., Лябук Н. Н. Математическое моделирование явнопо-люсных синхронных машин. Львов: Свит, 1991. 176 с.

61. Шрейнер Р. Т. Математическое моделирование электроприводов переменного тока с полупроводниковыми преобразователями частоты. Екатеринбург.: УРО РАН, 2000. 654 с.

62. Вейнгер А. М., Дацковский Л. X., Жильцов И. В. и др. Динамика частотного электропривода с насыщенным синхронным двигателем // Электротехническая промышленность. Электропривод, 1977. №7 С. 20-23.

63. Поляков В. Н., Шрейнер Р. Т. Экстремальное управление электрическими двигателями. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2006. 420 с.

64. Герман-Галкин С. Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в МАТЬАВ 6.0: Учеб. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001. 320 с.

65. Ключев В. И. Теория электропривода: учеб. для вузов. М.: Энерго-атомиздат, 2001. 704 с.

66. Чиликин М. Г., Ключев В. И., Сандлер А. С. Теория автоматизированного электропривода. М.: Энергия, 1979. 616 с.

67. Ковчин С. А., Сабинин Ю. А. Теория электропривода. СПб.: Энер-гоиздат, 1994. 348 с.

68. Ерофеев А. А. Теория автоматического управления. СПб.: Политехника, 2005. 302 с.

69. Бесекерский В. А., Попов Е. П. Теория систем автоматического регулирования. М.: Профессия, 2004. 747 с.

70. Мелешкин Г.А., Меркурьев Г. В. Устойчивость энергосистем. СПб.: НОУ «Центр подготовки кадров энергетики», 2006. 369 с.

71. Дудко В. Ф., Гринчук П. С. О комплексном подходе при решении задачи снижения динамических нагрузок в прокатном стане // Изв. вузов. Черная металлургия, 1979. №9 С. 78-81.

72. Адамия Р. Ш. Оптимизация динамических нагрузок прокатных станов. М.: Металлургия, 1978. 232 с.

73. Голубенцев А. Н. Системы с наименьшим коэффициентом динамичности в переходном процессе // Динамика машин. М.: Машиностроение, 1966. С. 44-51.

74. Коцарь С. Л., Ройзен М. Я. Выбор параметров приводных линий прокатного стана // Бюл. НИИИНФОРМТЯЖМАШ. Сер. «Оборудование для прокатного производства», 1975. №1 С. 16-18.

75. Житомирский Б. Е., Гарцман С. Д., Филатов А. А. и др. Повышение работоспособности прокатного оборудования за счет снижения динамиче-

ских нагрузок // Металлургическое оборудование (ЦНИИИиТЭИпТТМ). М., 1982. №33.

76. Мещеряков В. Н., Мигунов Д. В. Моделирование статического на-гружения черновой клети прокатного стана в стадии захвата // Сборник научных трудов 7-ой международной научно-технической конференции «Современная металлургия начала нового тысячелетия». Липецк: ЛГТУ, 2010. 4.2. С. 8-14.

77. Бессонов А. А. Снижение динамических нагрузок электромеханических систем черновых клетей с синхронными нерегулируемыми двигателями: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Липецк: ЛГТУ, 2006. 154 с.

78. Хлопонин В. Н., Каретный 3. П., Коцарь С. Л. и др. Способ горячей

прокатки в нереверсивной универсальной клети: а. с. 1148658 СССР, №3684934/22-02; заявл. 05.01.1984; опубл. 07.04.1985, Бюл. №13. 8 с.

79. Меерович И. М., Франценюк И. В., Железнов Ю. Д. и др. Исследование непрерывного широкополосного стана 2000 // Сталь, 1977. №2. С.151-155.

80. Кожевников С. Н., Скичко П. Я., Ленский А. Н. и др. Опыт исследования динамики главных приводов прокатных станов с учетом упругих связей и зазоров // Динамика металлургических машин. Труды Днепропетровского института черной металлургии. М.: Металлургия, 1969. С. 5-13.

81. Коцарь С. Л., Поляков Б. А., Цупров А. Н. и др. Алгоритм управления скоростным режимом непрерывного широкополосного стана // Разработка и внедрение АСУТП прокатных станов: тез докл. Всесоюзн. науч.-техн.

конф. Киев, 1979. С. 37-38.

82. А. с. 718192 СССР. / С. Л. Коцарь, Б. А. Поляков, А. Н. Цупров,

М. Я. Ройзен // Открытия. Изобретения. 1980. №8.

83. Мещеряков В. Н., Мигунов Д. В. Снижение динамических нагрузок электропривода черновой клети прокатного стана // Сборник научных трудов XVII международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии». Томск: ТПУ, 2011. т.1. С. 493-495.

84. Мещеряков В. Н., Мигунов Д. В. Математическое моделирование способа снижения динамических нагрузок электропривода черновой клети прокатного стана // Электротехнические комплексы и системы управления, 2011. №3. С. 21-26.

85. Вейнгер А. М., Гусев А. С., Тартаковский Ю. С. и др. О возможностях регулируемого электропривода с синхронным двигателем // Электричество, 1971. №9 С. 60-64.

86. Титов М. П. Частотно-регулируемый синхронный электродвигатель. Братск: БрИИ, 1998. 141 с.

87. Башарин А. В. , Новиков В. А., Соколовский Г. Г. Управление электроприводами: учебное пособие для вузов. Л.: Энергоиздат. Ленингр. отд-е, 1982. 392 с.

88. Рудаков В. В., Столяров И. М., Дартау В. А. Асинхронный электропривод с векторным управлением. Л.: Энергоатомиздат. Ленинг. отд., 1992. 296 с.

89. Слежановский О. В., Дацковский Л. X., Кузнецов И. С. и др. Системы подчиненного регулирования электроприводов переменного тока с вентильными преобразователями. М.: Энергоатомиздат, 1983. 256 с.

90. Ботвинник М. М., Шакарян Ю. Г. Управляемая машина переменного тока. М.: Наука, 1969. 352 с.

91. Виноградов А. Б. Векторное управление приводами переменного тока. Иваново: ИГЭУ им. В.И. Ленина, 2008. 298 с.

92. Преобразователь частоты MEGADRIVE-LCI для пуска и регулирования мощных высоковольтных синхронных двигателей: брошюра. Хельсинки: ABB, 2006. 16 с.

93. Вейнгер А. М., Серый И. М., Тартаковский Ю. С. и др. Об особенностях регулирования возбуждения частотно-управляемого синхронного двигателя // Электротехника, 1973. №12. С. 22-26.

94. Тартаковский Ю. С. Разработка системы автоматического регулирования и исследования режимов частотно-управляемого синхронного двигателя: автореф. на соиск. уч. степени канд. техн. Наук. Свердловск: УПИ им. С. М. Кирова, 1974.

95. Мещеряков В. Н., Мигунов Д. В. Устройство для снижения динамических нагрузок электропривода черновой клети прокатного стана: пат. на полез, модель № 107425 Российская Федерация, заявитель и патентообладатель: Липецкий гос. тех. ун-т., №20111008087/07; заявл. 02.03.2011; опубл. 10.08.2011, Бюл.№ 22. 2 с.

96. Сивокобыленко В.Ф., Краснокутская Г. В. Способ пуска и самозапуска синхронного двигателя: пат. №2014720 Российская Федерация, заявитель и патентообладатель: Донецкий гос. тех. ун-т., №5031145/07; заявл. 10.01.1992; опубл. 15.06.1994, Бюл. №11. 2 с.

97. Вольдек А. И. Электрические машины: учебник для студентов высш. техн. учеб. завед. Л.:Энергия, 1978. 832 с.

98. Иванов-Смоленский А. В. Электрические машины: учебник для вузов в 2-х т., том 2. М.: МЭИ, 2004. 532 с.

99. Мещеряков В. Н., Мигунов Д. В. Устройство для снижения динамических нагрузок электропривода черновой клети прокатного стана // Приводная техника, 2011. №2. С. 14-28.

100. Браславский И. Я., Ишматов 3. Ш., Поляков В. Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод: учебн. пособие для студ. высш. учеб. заведений. М.: Академия, 2004. 249 с.

101. Гребеник В. М., Иванченко Ф. К., Ширяев В. И. Расчет металлургических машин и механизмов: учебное пособие для студентов металлург, спец. ВУЗов. К.: Выща. шк., 1988. 448 с.

102. Иванченко Ф. К. и др. Расчет грузоподъемных и транспортирующих машин и механизмов. К.: Выща. шк., 1978. 576 с.

103. Биргер И. А., Шорр Б. Ф., Иосилевич Г. Б. Расчет на прочность деталей машин: справочник. М.: Машиностроение, 1993. 640 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А ПАСПОРТНЫЕ ДАННЫЕ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Тип двигателя: СДСЗ-490-18/40.

Таблица А. 1.

Технические данные двигателя СДСЗ-490-18/40

Наименование Условное обозначение Значение Ед. изм.

-1- -2- -3- -4-

Общие номинальные данные

Мощность Рн 10 МВт

Напряжение статора и,н 10 кВ

Ток статора 1]„ 682 А

Частота ь 50 Гц

Количество полюсов 2р 40

Коэффициент мощности СОБСр +0,9

Частота вращения со0 150 об/мин

Схема соединения фаз У звезда

Момент инерции ротора 11 165000 кг-м

Данные обмотки возбуждения

Напряжение ивн 140 В

Ток х.х. 1вх 394 А

Ток номинальный 1вн 564 А

Активные сопротивления

Сопротивление фазы обмотки статора при 20 °С 0,0418 Ом

Сопротивление обмотки ротора при 20 °С 0,248 Ом

Окончание табл. А. 1.

-1- -2- -3- -4-

Индуктивные сопротивления

Сопротивление обмотки статора по продольной оси Хы 0,632 о.е.

Сопротивление обмотки статора по поперечной оси Хц 0,404 о.е.

Сопротивление рассеяния обмотки статора Х1о 0,0967 о.е.

Сопротивление рассеяния обмотки возбуждения Хва 0,204 о.е.

Переходное сопротивление обмотки статора по продольной оси Х'ы 0,23 о.е.

Переходное сопротивление обмотки статора по поперечной оси Х'ц 0,404 о.е.

Сверхпереходное сопротивление обмотки статора по продольной оси Х",„ 0,1515 о.е.

Тип двигателя: 85Е2800М46-408Е.

Таблица А. 2.

Технические данные двигателя 85Е2800М46-408Е

Наименование Условное обозначение Значение Ед. изм.

Общие номинальные данные

Мощность Рн 10 МВт

Напряжение статора и,н 10 кВ

Ток статора 11Н 680 А

Частота ъ 50 Гц

Количество полюсов 2р 40

Коэффициент мощности собф +0,87

Частота вращения со0 150 об/мин

Схема соединения фаз У звезда

Момент инерции ротора 11 124800 2 кг-м

Данные обмотки возбуждения

Напряжение ивн 142 В

Ток х.х. 1вх 456 А

Ток номинальный 1вн 858 А

Активные сопротивления

Сопротивление фазы обмотки статора при 20 °С 0,0575 Ом

Сопротивление обмотки ротора при 20 °С Яв 0,124 Ом

ПРИЛОЖЕНИЕ Б РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Рис. Б.1. График зависимостей 1^(0, Уцф при пуске двигателя вхолостую

10. и14,.и1ф[кВ]

5

0

-5

[Вб]

Рис. Б.З. График зависимостей Ч'ыф, ¥^(1;) при пуске двигателя вхолостую

-г-

9

—Г*

10

- Лд^дфД1^!

4-

и И

-Г*"

10

Рис. Б.5. График зависимостей 1Д<1(0,1ДЧ(0 при пуске двигателя вхолостую

Вб]

10 -

и№ И1ч, [кВ]

0

-5 -

-10 л

Рис. Б.7. График зависимостей и^ОО, ик1(0 при пуске двигателя и номинальной

нагрузке

1 А ^

Ч<1

10

35]

15

-10 -1

Рис. Б.8. График зависимостей 1^0), 1^(0 при пуске двигателя и номинальной

нагрузке

50 40

Рис. Б.9. График зависимостей при пуске двигателя и номинальной

нагрузке

40 Н 30 20 10 Н 0 -10 -20 --30 --40 -50

й!

р |1ИЩ 1 5 1 10

Рис. Б. 10. График зависимости ¥„(0 при пуске двигателя и номинальной

нагрузке

Рис. Б.11. График зависимости ив(Ч) при пуске двигателя и номинальной

нагрузке

-500 -1-

Рис. Б. 12. График зависимости 1п(1) при пуске двигателя и номинальной

нагрузке

ТясЬ

[кА]

-5 -

-10 л

130

г,[с]

15

Рис. Б. 13. График зависимостей 1Д<1 (0,1ДЧ (0 при пуске двигателя и номинальной

нагрузке

25

15 -

-25 л

Рис. Б. 14. График зависимостей ТДС) (0, Чщ (0 при пуске двигателя и

номинальной нагрузке

-ш15Драд/с]

0 5 10 15

Рис. Б. 15. Скорость вращения 2-ой массы трехмассовой ЭМС черновой клети

при пуске двигателя и прокатке металла М12, Мс, [кНм]

1500

1000 -

500 -

-500 -1

Рис. Б. 16. Момент упругости М]2 и статический момент нагрузки трехмассовой ЭМС черновой клети при пуске двигателя и прокатке металла

20 -

; _о)3,Драд/с]

0 5 Ю 15

Рис. Б. 17. Скорость вращения 3-ой массы трехмассовой ЭМС черновой клети

при пуске двигателя и прокатке металла | М23, Мс, [кНм]

1000 -

I М2*

500 -

0 -

-500 -1

Рис. Б. 18. Момент упругости М23 и статический момент нагрузки трехмассовой ЭМС черновой клети при пуске двигателя и прокатке металла

1500 4М12, Мс, [КНМ |

1000 -

500 -

-500 -1-

Рис. Б. 19. График зависимостей М^О), Мс(1;) при регулировании напряжения возбуждения (реверс тока возбуждения при напряжении -ивн)

1000 Мс? [кНм]

500 -

0 Ч

9

л.дааалл Л Лл А л Л алаллл Аа Ал!

и£Д11'1'11'М!ДТ11ШНШ1ШШШ1Ш1Ш

10

11

12

13

14

15

Рис. Б.20. График зависимостей Мгзф, Мс(0 при регулировании напряжения возбуждения (реверс тока возбуждения при напряжении -ивн)

1500 1МшМсЛкНм1

1000 -

Рис. Б.21. График зависимостей М^О), Мс(1:) при регулировании напряжения возбуждения (реверс тока возбуждения при напряжении -1,5ивн)

1000 -

500 -

М23, Ме, [кМм]

Л.ЛЛалал л л А Л Л Л А Л!АААЛЛАЛЛ

м„

\

\

04

9

10

и

12

13

14

ш

—г~*

15

Рис. Б.22. График зависимостей М23(1:), Мс(г) при регулировании напряжения возбуждения (реверс тока возбуждения при напряжении -1,5ивн)

Рис. Б.23. График зависимостей М^ОО, МС(Х) при регулировании напряжения

возбуждения (зазор выбран)

Рис. Б.24. График зависимостей М23^), Мс(1:) при регулировании напряжения

возбуждения (зазор выбран)

1000

500 -

-500 -

-1000

Рис. Б.25. График зависимостей 1ы(0,1^(1;) при пуске двигателя и прокатке

металла (с преобразователем частоты)

......

20 -

15 -

10 -

Рис. Б.26. График зависимостей Ч'мСО, ^цОО при пуске двигателя и прокатке

металла (с преобразователем частоты)

Рис. Б.27. График зависимости ив(Х) при пуске двигателя и прокатке металла (с

преобразователем частоты)

Рис. Б.28. График зависимости 1в(1;) при пуске двигателя и прокатке металла (с

преобразователем частоты)

■ "Л ■ч-»—

[с

О 10 20 30 40 50 60

Рис. Б.29. График зависимости соБф(1:) при пуске двигателя и прокатке металла

(с преобразователем частоты)

Рис. Б.30. График зависимости 0(0 при пуске двигателя и прокатке металла (с

преобразователем частоты)

Рис. Б.31. Скорость вращения 2-ой массы трехмассовой ЭМС черновой клети

при пуске двигателя и прокатке металла

1000

500

-500

Рис. Б.32. Момент упругости М12 и статический момент нагрузки трехмассовой ЭМС черновой клети при пуске двигателя и прокатке металла

0 10 20 30 40 50 60

Рис. Б.33. Скорость вращения 3-ой массы трехмассовой ЭМС черновой клети

при пуске двигателя и прокатке металла

1000 -[ Мгз_> Мс,_[кНм!

500 ------

-500 л

Рис. Б.34. Момент упругости М2з и статический момент нагрузки трехмассовой ЭМС черновой клети при пуске двигателя и прокатке металла

м12, Мс, [кНм]

в)-5 00

Рис. Б.35. Моменты упругости М12 при захвате металла валками: а - момент захвата на 30 мс раньше рассчитанного; б - рассчитанный момент захвата; в - момент захвата на 30 мс позже рассчитанного

1000 -

500 -

0

М23, Мс, [кНм]

м

-23

м

а)

10 11

12

13 14

15

в) 9 10 11 12 13 14 15 Рис. Б.36. Моменты упругости М23 при захвате металла валками: а - момент захвата на 30 мс раньше рассчитанного; б - рассчитанный момент захвата; в - момент захвата на 30 мс позже рассчитанного

Рис. Б.37. Переходный процесс тока возбуждения и тока статора в режиме минимизации потерь при Мс = 0ДМном

Рис. Б.38. Переходный процесс угла нагрузки и угла коэффициента мощности в режиме минимизации потерь при Мс = 0ДМном

Рис. Б.39. Переходный процесс электромагнитных потерь в режиме минимизации потерь при Мс = 0ДМном