CC BY
38
УДК 621.771
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛОЧЕНИЯ ПРОВОЛОКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ДАТЧИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ СТАНА
JI.B. Радионова
Южно-Уральский государственный университет (НИУ), Россия, Челябинск RadionovaLV@rambler.ru
Усилие волочения можно измерить двумя принципиально различными способами: непосредственно с помощью специальных датчиков - механических измерительных устройств (динамометры, тензодатчи-ки и т.д.) [1, 2], и косвенными методами с использованием датчиков электрических величин, установленных в составе электропривода исследуемого технологического объекта - датчики тока, напряжения, скорости [3-5].
Установка механических измерительных устройств связана с определенными трудностями (особенно в производственных условиях). В тоже время практически все электроприводы снабжены датчиками электрических величин. Даже в случае отсутствия последних их установка сравнительно проста. В связи с этим, а также с точки зрения простоты подготовки, проведения и обработки экспериментов в ряде случаев предпочтительнее использовать косвенные методы измерения .
В настоящей работе для измерения электрических величин, авто-
ла использована микропроцессорная система сбора данных [6]. Аппаратное обеспечение микропроцессорной системы реализовано в виде модуля расширения, подключаемого через системную шину ISA к персональному компьютеру типа IBM PC. Функциональная схема микропроцессорной системы представлена на рис. 1.
-
миразрядный аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) с минимальным временем преобразования 0,5 мкс, преобразующий аналого-
.
-
личин применяются блоки гальванической развязки II'. С целью филь-
-
вязки предусмотрены фильтры низких частот Ф с частотой среза 1000
Гц. Использование программируемого коммутатора КН позволяет обрабатывать данные восьми источников сигналов одновременно.
Устройство выборки хранения УВХ повышает точность преобразования и скорость изменения аналогового сигнала на входе системы сбора данных. Для записи управляющего слова применён регистр управления (РУ). Управляющее слово формирует сигналы сброса,
управления аналоговым коммутатором, УВХ и выходным буфером (Б).
-
тем деления сигнала 08С кварцевого генератора на коэффициент 143.
HDD
МП
БД
ША
ZV
XZ \7
ШД ША
7V
SZ_SZ
ШД
ISA
шина
ША
SZ_S7
ШД
ZX
РУ
ШД
Б
ZS
АЦП
Uh..V8 1 ГР ф КН
OSC
Д/143
УВХ
Рис.1. Фунщиопалъная схема микропроцессорной системы сбора данных
В качестве базы данных БД используется накопитель на жёстком диске (винчестер) HDD. Программное обеспечение микропроцессорной системы сбора данных состоит из пакета программ, включающего ин-
терфейс обмена с пользователем, написанный на языке современного уровня С++, и программы управления модулем расширения, написанной с целью увеличения быстродействия на языке Ассемблер. Интерфейс обмена с пользователем включает в себя ввод значений исходных параметров (время и интервал сбора данных, число каналов записи) и обработку полученных результатов (вывод графиков и таблиц). Программа управления модулем расширения записывает результаты сбора данных в память компьютера и тем самым делает их доступными интерфейсной части программы. С целью дальнейшей обработки полученных результатов создан шаблон в электронной таблице Excel, входящей в пакет программ Microsoft Office. Шаблон позволяет достаточно быстро осуществить математическую обработку результатов.
На первом этапе экспериментов было выявлено, что полученные осциллограммы содержат переменные составляющие, обусловленные работой тиристорного преобразователя. Низкая частота помех не позволяет отфильтровать их аппаратно реализованным фильтром Ф (рис. 1).
-
сивный фильтр, также реализованный в электронной таблице Excel. Фильтр представляет собой алгоритм, реализующий зависимость:
yt =
2
cti ■ Xk-i ■
2
-Ха
•Ук-,
(1)
j='
где хк - массив входной величины, полученный экспериментально; у^ -массив отфильтрованной величины; а0, я ¡- а2, Ь,. Ь2 - коэффициенты фильтра, вычисленные в соответствии с выражениями:
1
& л — d о —
4'Т2ф 4-Тф
At2
At
+ 1
(2)
ai - '
4-Tft^4-Tfh
At
At
■ + 1
b, = -2■ -
З-Тф-At 2-n + At
(3)
(4)
b7=-
(2-Тф-Му
(5)
(2-Тф + А(/
А! - шаг дискретизации измеряемой величины; Тф - постоянная временная фильтра, связанная с его частотой среза выражением
1=0
2
^р гр '
л
ф
На рис. 2, а представлены осциллограммы, не обработанные программным фильтром, а на рис. 2, б - обработанные им.
Поскольку в настоящее время отсутствует достаточно простая и эффективная методика расчёта усилия волочения, возникла необходимость её разработки.
-0 5 -
£1-^Т^ в ! 0 2 1 4 16 о
-. Л '
—.....;•--- о
Рис. 2. Осциллограммы: а - не обработанные: б - обработанные программным фильтром: 1 - напряжение на якоре двигателя: 2 - угловая скорость двигателя: 3 - ток якоря двигателя
Момент на валу барабана радиуса волочильного стана Мб, создаваемый усилием Р. определяется в соответствии с зависимостью:
М,-. = Р ■ П„
(7)
В свою очередь, момент на валу приводного двигателя при условии отсутствия разгона или торможения определится как
Мов =
(8)
где Мхх - момент сил трения в механизме; /, ?]ре(, - передаточное число и коэффициент полезного действия (КПД) редуктора, установленного между двигателем и механизмом.
Здесь и в дальнейшем при понижающем редукторе 7 <1.
Таким образом, решение проблемы разработки методики определения усилия волочения сводится к расчёту момента двигателя М„п. На практике наиболее широко применяются два типа электроприводов волочильных станов - электропривод постоянного тока независимого возбуждения и электропривод переменного тока с применением асинхронных двигателей, которые различается по физике работы, и поэтому имеют различные методики расчёта моментов. Рассмотрим их последовательно.
-
ветствии с зависимостью:
Р,
(9)
МЛ =
(0ое
где Р2 - полезная механическая мощность на валу двигателя; - уг-
.
На рис. 3 представлена энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока.
По электрическим параметрам возможно рассчитать только первичную мощность Р], которая является электрической и потребляется из пи:
(10)
где и - напряжение, подводимое к электродвигателю; I -ток, потребляемый электро.
Согласно представленной энергетической диаграмме, за
Р1 = и-1.
Рис. 3. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока независимого возбуждения
счёт этой мощности покрываются электрические рэл, магнитные рмг механические рмех потери двигателя, а также полезная мощность Р2:
Р1=Р2+Рэл+Рмг+Рмех- (П)
При подстановке рассмотренных выражений получим:
^ I Рэл Рмех (12)
И
Мл. =
дв
юдв
:
Рэл=12-Яя- (13)
Расчёт магнитных и механических потерь аналитическим методом сложен, поэтому для их определения необходимо проведение эксперимента по определению потерь холостого хода. По результатам эксперимента холостого хода указанные потери вычисляются в соответствии с выражением, полученным с учётом (11) и (3):
г) ~ ихх ^хх ~1хх ~Мд
• 60
дв
(14)
где Мдв - момент, развиваемый двигателем на преодоление сил тре-
ния в механизме, определяется как
Мдв =
(15)
^ ' V ред
где , Чхх - ток и напряжения при холостом ходе волочильного стана.
При подстановке (14) с учётом (15), (12), и (13) в (8) после не:
Мк =
(и • I -1 • Яя) - (их
■ IXX - IXX
со
' Чред
(16)
дв
Тогда усилие волочения определится подстановкой (16) в (7)
ои-1-12-яя)-(их
•I —I -Я )
XX XX Л'
Я^ -(О;
■г-
'Пред
(17)
На рис. 4 представлена энергетическая диаграмма асинхронного двигателя. Из энергетической диаграммы асинхронного двигателя видно, что подводимая из сети мощность Рг расходуется на полезную мощность Р2 и электрические потери в статоре рЭЛ1 и роторе рэл^
,магнитные потери рмг, механические потери рмех и добавочные потери
Поскольку добавочные потери составляют не более 0,5 % от подводимой мощности, то ими можно пренебречь. Мощности электриче-
-
ческой диаграммой не повлияют на результаты расчёта.
Электромагнитная мощность трёхфазового асинхронного двигателя определится
-
то косце пления у/ тока статора двигателя i:
Рэм=3-ж-/гу-1, (18)
где р - число пар полюсов асинхронного двигателя; f¡ - частота питающей сети.
Выражение (18) справедливо для симметричной машины и
-
боты, когда сопротивления фаз
каждой обмотки одинаковы, а
-
мотки составляют симметричные системы прямой последовательности. Реально на практике указанные допущения можно принять с той или иной степенью точности к любой асинхронной машине.
-
ностью существует следующая взаимосвязь:
(О 06 -Р
Рис. 4. Энергетическая диаграмма асинхронного двигателя
Р
1 мех
-Л
2-я-f¡
Момент на валу асинхронного двигателя определится как
(0
дв
или с учётом энергетической диаграммы
Р ~ V
мех г мех
(19)
(20)
(21)
При подстановке (12)и(13)в(15) получим: 3 - -.
(22)
аов юс
где Мэм - электромагнитный момент асинхронного двигателя.
На рис. 5, а показан алгоритм расчёта электромагнитного момента асинхронного двигателя в соответствии с зависимостью (22) при изменении мгновенных значений фазных напряжений иа , иъ и токов статора та, 4..
Рис. 5. Алгоритмы расчёта электромагнитного момента: а - с преобразованием к ортогональной системе координат: б - без преобразования к ортогональной системе координат
Измеренные мгновенные значения фазных напряжений и токов преобразуются в ортогональные составляющие их , иу , ¡х , ¡у соответствующих векторных величин, После чего производится вычисление соответствующих векторов ЭДС статора по зависимости:
— их I х ' Р-1
\еу = иу - гу - Я}.
(23)
где Л; - активное сопротивление фазы статора.
Интегрированием мгновенных значений составляющих вектора
:
¥х =-\еуС,
(24)
В этом случае выражение (18) примет вид: 3
Мэм ^у-Уу
Приведённая методика громоздка и является базовой для различных упрощений. Так, например, если воспользоваться для вычислений непосредственно фазными мгновенными значениями напряжений и токов вместо преобразованных к ортогональной системе координат, алгоритм расчёта примет вид, представленный на рис. 5, б, а расчётные зависимости вид:
ей =ии
-Ч-Ъ
¥ь =
= Р-(у а^Ъ-П^а ). При совместном рассмотрении выражений (22) и (8) получим:
Рмех
(26)
М, = М.
['1 'Л ред ~
'"Ъ'Ц ред
4'Пред
■I-Пред- (27)
Здесь Мэм вычисляется в соответствии с алгоритмом, представленным на рис. 5,6, и системой уравнений (26) при незагруженном аг-
.
-
становке (27) в (7) в виде:
Р =
Мэм - Мэм„
я.
(28)
Таким образом, используя датчики электрических величин, установленные на электроприводах волочильных станов, микропроцессор-
та, можно определить усилие волочения проволоки, в том числе и в
.
Список литературы
1. Беняковский М.А., Бровман М.Я. Применение тензометрии в прокатке.- М.: Металлургия, 1965. - 144 с.
2. Методы и средства натурной тензометрии: Справочник / М.Л. Дайчик, Н.И. Пригорский, Г.Х. Хуршудов. - М.: Машиностроение. 1989.-240 с.
3. Определение энергосиловых параметров процессов обработки металлов давлением косвенным методом / A.A. Радионов, Д.Ю. Усатый, A.C. Карандаев и др. - М.: 2000. Деп. в ВИНИТИ 20.04.00, № 1085-В00. 10 с.
4. Исследование энергосиловых параметров холодной прокатки листа на стане 2500 ОАО "ММК" / В.М. Салганик, A.A. Радионов,
B.А. Антипенко, В.В. Андросенко // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. Вып.5.
C. 114-120.
5. Исследование энергосиловых параметров холодной прокатки листа на стане 2500 ОАО "ММК" / A.A. Радионов, В.М. Салганик,
B.А. Антипенко, В.В. Андросенко // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. - Магнитогорск: МГТУ, 2000. Вып. 5.
C. 114-120.
6. Разработка устройства сбора данных для исследования параметров электроприводов в промышленных условиях / С.Н. Басков, Д.Ю. Усатый, A.A. Радионов и др. - М.: 1999. Деп. в ВИНИТИ 14.12.99, № 3700-В99. - 12 с.
УДК 621.2
АВТОМАТИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ВЛАЖНОСТИ ТВЁРДЫХ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ В ТЕХНОЛОГИЧЕСКОМ ПОТОКЕ
Б. П. Искандаров*, П.И. Каландаров**
Азиатский Тихоокеанский университет технологии и инновации (11СТ1), Малайзия, г. Куала-Лумпур bek3006@bk.ru Ташкентский государственный технический университет, Узбекистан, г. Ташкент. Polvon 1955@yahoo.com
В статье рассматриваются вопросы проектирования микроволновой системы на базе сверхвысокочастотного метода, где СВЧ-модулъ предназначен для определения влажности твёрдых сыпучих материалов, транспортируемых на конвейерах.
В горнорудной отрасли на долю твёрдых сыпучих материалов, таких, как коксика и гранулированной аглошихты приходится значительный объем сырья и готовой продукции. Автоматизация таких
