CC BY
84
низации электропр иводо в вспо мо гательных м еханизм о в электростанции необходимо провести технико-экономическое обоснование, позволяющее определить не только сроки окупаемости затрат на внедрение ПЧ, но и правильно организовать технологический процесс с учётом возможностей электропривода с частотным регулированием. Целесообразно оценить возможность использования ПЧ не только в качестве элементов системы управления конкретного агрегата, но и как составляющих ком -плексныхсистемныхрешений с подключением широкого набора средств автоматизации технологического процесса. Такие решения позволяют получить дополнительный эффект, который заведомо больше, нежели простая экономия электрической энергии.
Модернизация производства в ОАО «ММК» продолжается. На очереди строительство и пуск в 2011 году нового листопрокатного цеха № 11, включающего пятиклетевой стан-тандем 2000 жшодной прокатки, совмещённый с непрерывно-травильным агрегатом, агрегат непрерывного горячего цинкования и ещё один агрегат непрерывного горячего цинкования, совмещённый с агрегатом непрерывного отжига. Пуск ЛПЦ-11 позволит наладить на Магнитке производство высококачественного автомобильного листа, удовлетворяющего самым высоким требованиям.
Список литературы
1. Журавлев Ю.П. Развитие энергетики ОАО «ММК» в современных условиях // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2006. № 2. С. 3-5.
2. Головин В.В. К 70-летию ЦЭТЛ ОАО «ММК» // ВестникМГТУ им. Г.И.
Носова. 2006. № 2. С. 5-6.
3. Г оловин ВВ., КссвнювА.В., Раэворотнев В.П. Опыт внедрения современных электроприводов вОАО«ММК» // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. Ч. 2. С. 149-156.
4. Головин В.В, КфащаевАС. Промышленное внедрениеи опытэксптуа-тации современных электроприводов в ОАО «ММК» // Регулируемый электропривод. Опыт и перспективы применения. М.: МЭИ, 2006. С. 9-35.
5. Лазарев Г.Б. Опыт и перспективы применения частотнорегулируемых асинхронных электроприводов в электроэнергетике России // Новости приводной техники. URL: http://www.privod-news.ru/may_03/25-3.htm. (25.04.2011).
6. Проекты АСУ тех нологических процессов и установок с применением
частотно-регулируемых приводов.
URL: http://w w w. promdriv e. ru/load/33.pdf.
Bibliography
1. Zhuravlyov JU.P. development of open joint-stock company «ММК» power engineering in modern conditions // the Bulletin of МГТУ of G.I.Nosova, 2006. № 2. with. 3-5.
2. Golovin V.V. To 70 anniversary central electro technical laboratory («ЦЭТЛ») open joint-stock company «ММК» // the Bulletin of МГТУ of G.I.Nosova, 2006. № 2. with. 5-6.
3. Golovin V.V., Kosenkov A.V., Razvorotnev V.P.Opyt of a implementing of modern electric drives in open joint-stock company «ММК» // Izvestija T ulGu. Engineering science. number. 3: in 5 part. T ula: Publishers TulGu, 2010. part 2. With. 149-156.
4. Golovin V.V., Karandaev A.S. industrial a implementing and field experience of modern electric drives in open joint-stock company «ММК» // the Controlled-velocity electric drive. Experience and application prospects. M: МЭИ, 2006. With. 9-35.
5. Lazarev G. B. Experience and prospects of application of frequency-controlled asynchronous electric drives in electric power industry of Russia // News of power-driven engineering. 25.04.2011 http: // www.privod-news.ru/may _03/25-3. htm
6. Designs of an automatic control system of processes and installations wih application of frequency-controlled drives. <http: // www.promdrive.ru/ load/33.pdf.
УДК 621.313.3-83-52
Сарваров А.С., Анисимов Д.М., Усатый Д.Ю., Петушков М.Ю., Вечеркин М.В.
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ АГРЕГАТОВ ГОП ОАО «ММК» И ПУТИ МОДЕРНИЗАЦИИ
ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», как предприятие с полным металлургическим циклом, в своей основе содержит множество технологических участков и производств, начиная от добычи и обогащения руды, заканчивая выпуском товарной продукции в виде листового и сортового проката, а также изделий глубокой его переработки. Комбинат начал свою производственную деятельность с создания горнорудной базы и развития горно-обогатительного производства (ГОП), что позволило в кратчайшие сроки, начиная с 1932 г., осуществить производство чугуна и стали.
В процессе подготовки шихты участвует значительное количество механизмов и технологических агрегатов, оснащенных преимущественно асинхронным электроприводом.
Асинхронные двигатели (АД) в промышленности являются наиболее массовыми в применении. На рис. 1, а приведена количественная картина распределения двигателей переменного тока по мощности в ОАО «ММК», включая синхронные, по состоянию на 2004 г. [1].
В целом на комбинате в это время использовалось свыше 85 тыс. электродвигателей переменного тока и
около 15 тыс. двигателей постоянного тока. К настоящему времени переход к электроприводам переменного тока становится массовым, и практически все вводимые новые производственные мощности и технологические агрегаты на комбинате реализованы на электроприводах переменного тока.
Подобного типа диаграммы приведены по ГОП ОАО «ММК» на рис. 1, б. По состоянию этого года в эксплуатации наждится 10489 электродвигателей переменного тока и в том числе около 400 высоковольтных Доля высоковольтных двигателей составляет 3,7%, а суммарная установленная мощность их достигает 25%.
Разнообразие и сложность технологических процессов в ГОП характеризуется использованием широкого круга механизмов, количество которых по основным видам механизмов представлено диаграммой на рис. 2, а. Наиболее массовыми в горнорудном производстве, как в целом в промышленности, являются насосы и вентиляторы (эксгаустеры). В количественном отношении на долю механизмов данного типа приходится свыше 30%. СпецифичнымидляГОП являются буровые станки, кон-
вейеры и транспортеры, грохоты и вибраторы, мельницы и дробилки, электроприводы которых реализованы на базе нерегулируемых короткозамкнутых АД. Следует отметить, что в настоящее время процесс модернизации электроприводов произошел только в отношении питателей и непосредственно агломашин.
Тяжелые условия пуска асинхронных электроприводов обусловлены, как известно, возникновением ударных пусковых моментов колебательного характера и пусковых токов, амплитуды которых многократно превышают номинальные значения. Современные пусковые устройства на основе ТПН позволяют осуществить различные законы управления пусковым режимом, но во всех случаях пуск производится при ограничении питающего напряжения. При этом пусковой режим в зависимости от закона регулирования напряжения может быть длительным во времени, и выигрыша в плане снижения электрических потерь в самом двигателе при этом нет. При пуске двигателя с нагрузкой на валу длительность пускового процесса значительно возрастает и вместе с этим заметно увеличиваются потери, которые в отдельных случаях могут привести к перегреву двигателя.
В целом по условиям пуска электроприводы про-
мышленных механизмов можно разделить на три группы, и каждая из них характеризуется определенным типом механических характеристик. На рис. 2, б приведены три вида типовых характеристик. Вентиляторы и насосы относятся к первой группе механизмов, для которых условия пуска считаются нормальными, так как начальный момент сопротивления находится на уровне сопротивления холостого хода. Электроприводы второй группы работают практически при постоянном моменте. К ним в первую очередь относятся конвейеры, подъемники, транспортеры и другие им подобные по виду механических характеристик. Для этой группы условия пуска следует считать тяжелыми. Сверхгяжелыми считаются условия пуска 3-й группы механизмов (рис. 2, б). Особенности пуска таких механизмов следует рассматривать отдельно.
В системе ТПН-АД, как известно, могут решаться различные задачи, начиная от бесконтактной коммутации АД при пуске, обеспечения мягкого пуска двигателя и заканчивая позиционированием, включая плавное снижение частоты вращения управляемого асинхронного электропривода при остановке. Большое многообразие механизмов требует принятия соответствующих технических решений.
до 15
15-150 150-320 320-1000
группы мощности, кВт
Рис. 1. Распределение двигателей переменного тока по группам мощностей
количество 1800 1000 1400 1200 1000 800 000 400 200 о
-О ■ О (j ВЕНТИЛЯТОРЫ 1~1 1 1 2 о. LU 5 зс I -О О -О о. О -О ш 1 1 1 ДРОБИЛКИ 1 1 1 -О а. о - и — о Cl - С_ О .0 и -О =Г -О Cl О -О ш Jl 5 -со- S X го
< X LU СО Г < S С 5 ш С а < о. ш - S— m а. О С - (Л — X < О- и о 5 -О 5 < Cl < -О 5 QJ 5
со О Cl -0 С UJ и і -D X
LO Q. QJ (L Н
О >. аз О ?
п о о и
I I ю
1 1 1 1 1 1 1 ■ 1 > о. а:
основные виды механизмов
а б
Рис. 2. Распределение асинхронных электродвигателей по механизмам и типовые характеристики основных механизмов
Во многих случаях на первый план выдвигается задача ограничения пусковых токов. Задача такого типа ставится в 2-х случаях
1. При питании АД от «слабой сети» возникают значительные просадки напряжения, что оказывает заметное влияние на работу других потребителей.
2. При частых пусках, когда интенсивные тепловыделения приводят к перегреву изоляции обмоток.
Следует отметить, что одновременно с ограничением пускового тока достигается снижение амплитуды ударного динамического момента. В то же время задача снятия динамических нагрузок может решаться на основе реализации условий детерминированного пуска. В свое время эти условия были сформулированы проф. Петровым Л.П. [2]. Их сущность заключается втом, что подключение фаз статорной обмотки к трехфазному источнику напряжения осуществляется в заданные моменты времени при переходе определенных фазных и линейных напряжений через нулевые точки и точки максимума. При этом вначале включаются две фазы статора на линейное напряжение, а третью фазу подключают в момент времени, соответствующий любому из максимумов напряжения. Для устранения апериодической составляющей тока намагничивания подключе-
М,Нм^ 1,Л: (», 1/с
О 0,1 0.2 0,3 0.4
а
м. Ну I I. А; ы-, 1/с
11»
1 / 6»
1ЭВ / А02-424
№ ' '
А Л/': \ V—£^!-с
40 жш
0 ШтП 1))Яшм
(|||
-40 [Я=11.4А . .. V ■ Мн=3? Нм
^ 1
-ео
П1
р р 1 4
м 0.2 0.3 0,4 с к
Рис. 3. Расчетные осциллограммы процесса пуска АД при различных условиях
ние первых двух фазных обмоток производится в максимуме линейного напряжения на этих фазах
Следует отметить, что дальнейшего развития детерминированный пуск в плане массового внедрения не получил в серийных преобразователях напряжения. Это обусловлено следующими причинами:
- в дорыночных условиях работы промышленности массового переворужения асинхронного электропривода с внедрением систем ТПН-АД не произошло;
- силовая электроника в большей степени развивалась в направлении совершенствования тиристорных преобразователей напряжения и преобразователей частоты;
- применение серийных систем ТПН-АД в целом позволяло заметно снять динамические перегрузки в механической части электропривода, однако при этом уделялось значительное внимание вопросам снижения пусковых токов и нагрузок в сетях электроснабжения при пуске АД;
- создание и внедрение блока управления, реализующего детерминированный пуск, требовало дополнительных затрат и усложнения в целом всей системы управления ТПН.
В настоящее время во многих отраслях промышленности на первый план выдвигаются задачи энерго-и ресурсосбережения. В этой связи их успешное решение может достигаться в первую очередь за счет увеличения срока и повышения надежности эксплуатации электромеханического оборудования. Асинхронный электропривод, как известно, является наиболее массовым, и решение проблем, возникающих при его эксплуатации, как, например, снятие динамических перегрузок, может заметно увеличить длительность межремонтного периода.
Акцентировать внимание на реализацию детерминированного пуска при использовании серийных ТПН, как уже отмечалось выше, нет необходимости. Даже кратковременное регулирование напряжения на начальном этапе пуска всегда ведет к заметному снятию динамических перегрузокв механической системе. На рис. 3 для сопоставления приведены расчетные осциллограммы пуска АД прямым включением в сеть (рис. 3, а) и пуск с ограничением напряжения на время регулирования 1рег=0,1 с. Такое кратковременное воздействие на начальном этапе пуска позволяет практически полностью устранить колебания пускового момента АД. При этом если нет ограничений по мощности со стороны питающей сети и отсутствуют специальные требования по формированию пускового момента, то можно использовать специальные объектно-ориентированные пусковые устройства кратковременного действия. Концепция создания таких преобразователей вытекает также из результатов исследований, обобщение которых проведено в [3], где отмечается, что для ограничения ударных моментов на начальном этапе пуска до уровня критического момента достаточно обеспечить незначительное время регулирования 0,02-
0,06 с. Таким образом, целесообразно поставить задачу о создании пусковых устройств кратковременного действия (ПУКД).
Отдельно исследован случай, когда регулирование осуществляется в течение одного периода, т.е. 1рег=0,02 с (рис. 4).
Установка начального угла регулирования анач= 90° и конечного угла акон=0° на временном интервале, равном периоду питающего напряжения, является технически достигаемой.
Полученные результаты позволяют сделать вывод о целесообразности развития концепции создания ПУКД и уточнения области применения таких устройств на основе техническо-экономического сопоставления их с традиционными пусковыми устройствами.
В металлургической промышленности для большинства высоковольтных электроприводов традиционными остаются прямой пуск и реакторный. Реакторный пуск является более затяжным, и потери в двигателе при этом могут заметно превосходить потери при прямом пуске. В то же время наличие мощныхсетей электроснабжения позволяет для широкого круга электроприводов переменного тока реализовать кратковременное управление пуском на интервале одного или нескольких периодов питающего напряжения.
В качестве наиболее простого ПУКД для высоковольтного электропривода может быть использовано бесконтактное трансформаторно-тиристорное коммутирующее устройство [3, 4].
Список литературы
1. Осипов О.И., СлавгородскийВ.Б. Состоянием перспекптаы модерни-
Рис. 4. Расчетные осциллограммы процесса пуска
при 1Рег =0,02 с
зации автоматизированного электропривода прокатных станов в черной металлургии // Труды IV Международной (XV Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу «Автоматизированный электропривод в XXI веке: пути развития» (АЭП-2004, Магнитогорск, 14-17 сентября 2004 г.). Ч. I. Магнитогорск, 2004. С. 16-23.
2. ПетровЛ.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. М.: Энергоатомиздат, 1981. 184 с.
3. Браславский И.Я., ИшматовЗ.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. М.: Издательский центр «Академия», 2004. 256 с.
4. Пусковое устройство трехфазного высоковольтного электродвигателя переменного тока Свидетельство РФ на полезную модель № 82963 / Анисимов Д.М., Сарваров И.А., Петушков М.Ю., Сарваров А. С. Опубп. в БИПМ. 2009. № 3.
УДК 621.771.06-114-52
Селиванов И.АСалганик В.М., ГунИ.Г., Петужва О.И., МамлееваЮ.И.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НЕПРЕРЫВНОГО СТАНА НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙМОДЕЛИ
Непрерывный стан, как объект автоматического регулирования, относится к наиболее сложному случаю многосвязных систем. Его клети с электроприводами и системами управления можно представить как сепаратные системы, между которыми существуют естественные перекрестные взаимосвязи [1].
Вопрос силовой связи клетей через полосу является одним из основных вопросов непрерывной прокатки. Математическому описанию этой связи, исследованию ее влияния на качество регулирования параметров прокатки и посвящена настоящая статья.
Исследование проводилось на математической модели пятиклетевого стана с разными системамиуправле-ния. С целью сокращения объема статьи в ней приведены результаты исследований только первыхдвухклетей [2].
На первом этапе исследовалась двухконтурная система регулирования скорости с П-регуляторами скорости. Структурная схема такой системы приведена на рис. 1.
Передаточные функции регуляторов скорости определялись по уравнению
н' = (1)
Исходные данные для расчета параметров математической модели непрерывного стана сведены табл. 1.
В процессе исследований рассматривались случаи:
1. Реакция системы на скачкообразное изменение управляющего воздействия на скорость второй клети.
2. Реакция системы на скачкообразное изменение управляющего воздействия на скорость первой клети.
3. Реакция системы на скачкообразное изменение момента прокатки первой клети (имитация изменения размеров подката на вжде первой клети) [3].
4. Пуск стана от задатчика интенсивности с заправочной скорости до рабочей.
При исследованиях натяжения на вжде ^0 и выходе ^2 стана принимались постоянными.
Результаты представлены на рис. 2-5.
На втором этапе исследовалась двухконтурная система регулирования скорости с адаптивными ПИ-регуляторами скорости. Передаточные функции регуляторов скорости определялись по уравнению
н = (1 + Тм р) кт
РС 4Т^ркякс
(2)
