CC BY
59
9. ДероА.Р., Большам Я.М., Зевакин А.И., Каминский Е.А.Неполадки в работе асинхронного двигателя.- Энергия, 1976- 48с.
10. Поздеев А.Д. Процессы в частотнорегулируемых частотных приводах. - Чебоксары: издательство Чуваш. ин-та.- 27с., 35с.
УДК:62-83:621.7.068
ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПЕРЕМОТОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Е.Я.Омелъченко, В.О.Моисеее
ФГБОУВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия, г. Магнитогорск [email protected], [email protected]
Аннотация
С общих позиций закона сохранения энергии проанализированы процессы преобразования мощности в многодвигательных электроприводах перемоточных устройств. Рассмотрено 4 типа электроприводов с разными кинематическими схемами. Выведены уравнения баланса мощностей. Определены зависимости потребляемой активной мощности с учетом рекуперации энергии. Даны рекомендации по применимости рассматриваемых электроприводов с учетом энергоэффективности и капитальных затрат.
Ключевые слова: перемоточное устройство, диаграмма мощностей.
ENERGY THEORY OF ELECTRIC DRIVES OF MULTIMOTOR REWINDER MILLS
E.Y.Omelchenko, V.O. Moiseev
Nosov Magnitogorsk State Technical University Russia, Magnitogorsk [email protected], ickar@mail. ru
Abstract
The results of the analysis of energy transformation based on the general principle of conservation of energy of the electric drives of multimotor re-winders are presented. Four types of electric drives with various kinematic diagrams are described. The power balance equations are derived. The dependences of watt consumption are described. The recommendations with the watt consumption and capital costs according to commercial applicability are given.
Key words: rewinder mills, power diagram.
Актуальность работы
Перемоточные устройства (ПУ) предназначены для перемотки длинномерных изделий с одной катушки на другую. На рис. 1 представлена обобщенная кинематическая схема типового перемоточного устройства включающего в себя размоточную катушку, технологический процесс обработки проволоки, промежуточный барабан и намоточную катушку. ПУ потребляют электрическую энергию из сети и расходуют ее на механическую работу, связанную с намоткой проволоки на пустую намоточную катушку.
Различные вариации данных устройств установлены на всех без исключения метизных производствах страны, их парк насчитывает десятки тысяч единиц, поэтому анализ и исследование их энергетических характеристик представляется актуальной научно-технической задачей. В статье с общих позиций энергетических соотношений рассмотрены вопросы управления электрической и механической мощностью и формирование потерь для типовых перемоточных устройств.
Промежуточный Технологический Размоточная барабан процесс катушка
Основные проблемы и решения
Во время работы поступающая электрическая энергия идет на создание полезной механической работы, за вычетом потерь в двигателе. Электрическая мощность, потребляемая двигателем М\ из сети
^ = РЭМ1« + АРМ1«,, (1)
где РЭМ1(0 -электромагнитная мощность двигателя; ЛРм1 - потери двигателя [1].
Радиусы проволоки на намоточной и размоточной катушках из -меняются по уравнениям [2]
(/)
а2
яЯп+-п—1 Кг (г )(г,, (2)
Н0 4. в К И4 7 Н ЗН
Яр(г)
(¡2
я22**-----1 Кт (* )(г (3)
РМ 4. в . К
Р ЗР
где Яно - радиус пустой катушки; Ярм— радиус полной катушки; ¡П— диаметр наматываемой проволоки; Кзн, Кзр - коэффициент заполнения намоточной и размоточной катушки; Вн,р — ширина намоточной и размоточной катушки; Ун(?) — линейная скорость намотки проволоки.
В процессе перемотки радиус размоточной катушки уменьшается, а радиус намоточной — увеличивается. Это приводит к изменению угловых скоростей, моментов и мощностей размотки, намотки и сетевой. Механическая мощность намотки
Ря (*) = МН (*) "ЮН (*) = ТН (*) ■ КН,, (4)
где Ти(Г) — натяжение проволоки на намоточном барабане; -Мн(г) — момент на редукторе /н; ^н(/)=Кн/Ян(0 — угловая скорость намоточной катушки.
Механическая мощность размотки
Рр С) = МР (г) • фр (г) = ТР (г) Кн,, (5)
где 7р(0 — натяжение на размоточном барабане; Мр(^) — момент сопротивления тормозного устройства; М^) — момент на редукторе /р; ^р(г) =Кн/Яр(г) — угловая скорость размоточной катушки.
При пассивной размотке момент сопротивления формируется за счет фрикционных сил трения и остается неизменным при изменении угловой скорости размотки. Это при Кн(г)=СОШг приводит к росту натяжения 7р(г) и мощности размотки.
Потери можно разделить на постоянные и переменные. Постоянные потери, это потери, образующиеся во время техноло-
гической обработки и потери в механизме промежуточного барабана
ДРТ =Д Т -Уя ,
ДР, = ДМ„ -У„/Я,,
Ь Ь П Ь ,
где ДТ - дополнительное распределенное натяжение, образующееся в технологической линии под действием сил трения; АМ^ - момент потерь в механизме промежуточного барабана; Яб - радиус вытяжного барабана.
Переменные потери, это потери, зависящие от текущих радиусов катушек в механизмах намоточного и размоточного устройств и потери в двигателях Мь М2, М3.
АРН (() = АМ н • Уя / Ян (/), АРр (Г) = АМр • Ур / Яр (/),
АРы,({) = рэм , (/) •(1 )/^
(7)
где ДМн, АМ? - моменты потерь в механизмах намоточного и размоточного устройств; Т|/ - КПД двигателя ЬЛ\ и преобразователя.
Переменные, подлежащие контролю и регулированию: Тн -натяжение на намоточном участке АВ; Ун - линейная скорость проволоки.
На практике
используют два закона регулирования натяжения на участке АВ [3]:
1. Поддержание заданного натяжения
намотки Тн=сош1;,
(Ми=Ти/1ШУ-
Рис.2. Кинематическая схема и диа- 2. Регулирование
грамма мощностей однодвигательного натяжения намотки обратно ПУ пропорционально радиусу
намоточной катушки Тн = Мн /Ян(0, (Мн =СОШ1;).
Для регулирования этих величин применяют следующие типы перемоточных устройств:
1. Однодвигательная система с пассивной размоткой. В данном
типе контролируется или натяжение на участке намоточном участке АВ, или линейная скорость проволоки;
2. Двухдвигательная система с пассивной размоткой. Регулируются натяжение на намоточной катушке и либо скорость, либо натяжение на линии размотки ВС;
3. Двухдвигательная система с активной размоткой. Регулирование величин аналогично системе с пассивной размоткой;
4. Трехдвигательная система с регулированием натяжения на участке намотки АВ, регулированием скорости линии и натяжения на участке ВС.
В однодвигательной системе (рис.2) приводным является двигатель намоточной катушки М1, а натяжение создается за счет фрикционного устройства, установленного на валу размоточной катушки.
Намоточная Промежуточный катушка барабан
Намоточная Промежуточный катушка барабан
Рис.3. Кинематическая схема и диаграмма мощностей деухдеигателъного ПУ с пас-сиеной размоткой
Уравнение баланса мощностей
Рис.4. Кинематическая схема и диаграмма мощностей деухдеигателъного ПУс активной размоткой
Рн (г) = Рс(г)-ДРМ1(*)-АРН (г),
Рн (г) = Рр(г) + АРТ.
Таким образом, мощность намотки определяется мощностью размотки и потерями на технологической линии и не может быть регулируемой. Мощность, потребляемая из сети, больше мощности намотки на величину мощности потерь в двигателе и намоточном устройстве. В двухдвигательной системе с пассивной размоткой (рис. 3), приводными являются двигатели намоточной катушки М1 и промежуточного барабана М2. Заданный закон натяжения формируется приводом намоточной катушки, а скорость проволоки на линии регулируется за счет привода промежуточного барабана. Баланс мощностей для двухдвигательной системы с пассивной размоткой
Рн (г) = Рр(г) + АРТ - РБ (г),
Рс(г) = Рн (г) + РБ (г) + ДРН (г)
ДРБ (г)
АРМ1(г)
АРМ 2(г).
(9)
В соответствии с системой уравнений (9) мощностью намотки можно управлять за счет регулирования мощности
промежуточного барабана, а мощность, потребляемая из сети больше мощности Рн и РБ на мощность потерь в
электроприводах.
Двухдвигательная система с пассивной размоткой может создавать существенное
натяжение на участке В С при заданном натяжении на участке АВ.
В двухдвигательной системе Рис. 5. Кииаматическая схема и с активной размоткой (рис.4) диаграмма мощностей трехдви- скорость линии регулируется гательного ПУ приводом намоточной катушки
М\, а натяжение на участке АВ регулируется приводом размоточной катушки Мз
Баланс мощностей для активнойразмотки
Рс () + Р3 () = Рн () + АРН «) + АРМ1 (Г), Рн (Г) = АРТ + АРр (Г) + ЛРМ 3 (Г) + Р3 (Г)
Двигатель М3, стоящий на размотке, работает в генераторном режиме, и энергия, затрачиваемая на размотку, рекуперируется в сеть.
Анализ системы уравнений (10) показывает, что мощность размотки меньше мощности намотки только на величину потерь в технологии, т.е. при заданной величине натяжения намотки, натяжение размотки будет меньше. Сетевая мощность меньше мощности намотки из-за рекуперации энергии двигателем М3.
В трехдвигательной системе (рис. 5) натяжение на участке АВ регулируется приводом М1, на участке ВС приводом М3> а скорости линии приводом М2.
Баланс мощностей для трехдвигательной системы.
Рн () = Р3(1) + АРМ 3(*) + АРр а) + АРТ -АРБ,
Рс (0 + Р3 (0 = Рн (I) + РБ +АРН (I) + АРМ10 +, (11)
+ АРБ +АРМ 2^).
В соответствии с системой уравнений (11) мощностью размотки можно управлять за счет мощности промежуточного барабана, причем мощность размотки и натяжения размотки могут быть больше мощности намотки и натяжения намотки. Мощность, потребляемая из сети, уменьшена за счет рекуперации энергии двигателя М3.
Графики мощностей двигателей по всем вариантам перемоточных устройств представлены на рис.6. Для анализа мощности намотки и потребляемой мощности, воспользуемся данными, указанными в табл. 1.
Исходные данные для сравнения систем ПУ
Таблица 1
Г,м/с ¿н ¿Б /Р Тн,Н АТД Тт,Н Я0,м ЛБ,м
1,7 1 18 43 17 200 100 100 0,195 0,213 0,375 0,52
б)
0,200 0.225 0,250 0.275 0,300 0,325 0,350 0,375
Р,Вт
RH,M
0,200 0,225 0,250 0,275 0.300 0,325 0,350 0,375
В) г)
Рис. 6. Мощности двигателей в функции времени для разных типов ПУа) однодвигателъная система; б) двухдвигательная система с пассивной размоткой при MH=const; в) двухдвигательная система с активной размоткой при MH=const г) трехдвигательная система при
Мн=const.
Выводы
1. Однодвигателъная система перемотки является самой простой, однако мощность намотки определяется мощностью размотки и потерями на технологической линии и не может быть регулируемой. Мощность, потребляемая из сети, больше мощности намотки на величину мощности потерь в двигателе и намоточном устройстве.
2. В двухдвигательной системе перемотки с пассивной размоткой мощностью намотки можно управлять за счет регулирования мощности промежуточного барабана, а мощность, потребляемая из сети, больше мощности РН и РБ на мощность потерь в электроприводах.
3. В двухдвигательной системе перемотки с активной размоткой мощность размотки меньше мощности намотки только на потери в технологии, т.е. при заданной величине натяжения намотки натяжение размотки будет меньше. Сетевая мощность меньше мощности намотки из-за рекуперации энергии двигателем М3.
4. Трехдвигательная система перемотки является самой сложной из рассматриваемых, но в ней мощностью размотки можно управлять за счет дополнительной мощности промежуточного барабана, причем мощность размотки и натяжения размотки могут быть больше мощности намотки и натяжения намотки. Мощность, потребляемая из сети, уменьшена за счет рекуперации энергии двигателем М3.
5. На основе энергетической теории дополнительно можно выполнить анализ поведения усилий натяжения, моментов и потребляемых токов для приведенных типов перемоточных устройств.
Список литературы
1. Селиванов И.А., Омельченко Е.Я.Электромеханические свойства асинхронных двигателей // Вестник. Магнитогорск: МГТУ.-2011.- №3(35). -С. 35-38.
2. Омельченко Е.Я., Моисеев В.О. Исследование характеристик электропривода намоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки: ФГБОУ ВПО «Магнитогорк. гос. техн. ун-т». -Магнитогорск, 2012. 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 21.03.2012, № 98-В2012.
3. Радионов A.A. Автоматизированный электропривод станов для производства стальной проволоки. - Магнитогорск ГОУ ВПО «МГТУ»,2007.-311 с.
УДК 621.3
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ПО СИСТЕМЕ ПЧ-АД ДЛЯ СТАНОВ ТОНКОГО ВОЛОЧЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ
Е.Я.Омелъченко, В.А.Бондаренко
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова», Россия, г. Магнитогорск [email protected], [email protected]
Аннотация
При реконструкции группового электропривода стана тонкого волочения UDZWGT 160/21 на индивидуальный электропривод по системе ПЧ-АД главного электропривода и намоточного устройства рассмотрены комплексные вопросы проектирования силовой электрической схемы, локальной сети и алгоритмов управления в зависимости от технологических требований к электроприводам.
Ключевые слова: стан тонкого волочения, индивидуальный электро-
