CC BY
32
drive without reducer. The simple way of definition ofparametres of an equivalent circuit the asynchronous motor and electric drive characteristics is offered. Results of experimental researches confirming attractive properties the electric drive without reducer are resulted.
Keywords: reductorfree electric drive, method of characterization of parameters of equivalent circuit.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
Ю.В. Мерзляков, канд. техн. наук, доц., (3519) 29-84-30, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ), Г.Г. Толмачев, канд. техн. наук, доц., (3519) 29-84-30, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
A.С. Карандаев, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, декан, (3519) 29-84-30, [email protected] (Россия, Магнитогорск, МГТУ),
B.В. Галкин, нач. научно-технического центра, (3519) 29-84-30, [email protected] (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»),
В.В. Головин, канд. техн. наук, нач. центральной электротехнической лаборатории, (3519) 29-84-30, [email protected] (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»),
А.И. Хлыстов, зам. гл. энергетика по электрооборудованию и автоматизации, (3519) 29-84-30, [email protected] (Россия, Магнитогорск, ОАО «ММК»)
ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ КОММУТАЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРОПРИВОДОВ ШИРОКОПОЛОСНОГО СТАНА ГОРЯЧЕЙ ПРОКАТКИ
Представлены результаты исследований по выявлению причин неудовлетворительной коммутации двигателей главных электроприводов стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК». Выполнен анализ причин искрения на коллекторе, вызванного механическими и электромагнитными факторами. Представлены результаты исследования высших гармоник в кривой первичного напряжения преобразовательных трансформаторов. По результатам исследований предложены мероприятия по улучшению условий коммутации. Рекомендованы увеличение индуктивности сглаживающих реакторов и установка фильтро-компенсирующих устройств на шинах 10 кВ.
Ключевые слова: улучшение условий коммутации двигателей главных электроприводов стана, анализ причин искрения, сглаживающие реакторы и фильтро-компенсирующие устройства.
Проблемы улучшения условий коммутации двигателей тиристор-ных электроприводов прокатных станов являются традиционно актуальными для технического персонала металлургического предприятия. Присутствие коллектора, сложность и низкая надежность щеточного механизма явились главными причинами повсеместного перехода от электроприводов постоянного тока на регулируемые электроприводы перемен-
ного тока, обладающие рядом неоспоримых преимуществ. Однако с учетом высокой стоимости высоковольтных частотно-регулируемых электроприводов, как альтернативного варианта, сложностями реконструкции в условиях действующего производства, очевидно, что в ближайшем будущем не произойдет существенных изменений в технологии производства горячекатаного листа и в составе установленного оборудования главных электроприводов.
Актуальность проблемы улучшения коммутации на ряде широкополосных станов горячей прокатки и, в первую очередь, на стане 2000 ОАО «ММК» обостряется в связи с интенсификацией производства и освоением новых профилей прокатки, в частности, толстолистовой трубной заготовки повышенной прочности, которая характеризуется высокими обжатиями в клетях и низкой скоростью прокатки.
Низкое качество коммутации на коллекторе приводит к появлению искрения под щетками, подгоранию коллекторных пластин, повышенному износу щеток, что требует проведения периодической шлифовки и переточки коллекторов, замены электрических щеток. Это приводит к снижению надежности электроприводов, увеличению затрат на ремонты, дополнительным простоям и, как следствие, снижению производительности стана.
Рассмотрим результаты исследований по выявлению основных причин неудовлетворительной коммутации двигателей главных электроприводов клетей стана 2000 горячей прокатки ОАО «ММК» и разработки мероприятий по повышению ее качества.
Искрение на коллекторе обусловлено двумя основными факторами: механическими и электромагнитными. Для определения причин искрения, вызванных механическими причинами, на двигателе 12Д (12-й клети) были проведены исследования, в результате которых выявлены следующие дефекты изготовления и монтажа:
- максимальное отклонение установки главных и дополнительных полюсов от их симметричного положения достигает 4мм, при допустимой величине 1 мм;
- отклонение зазоров под главными и дополнительными полюсами по продольной оси составляет соответственно 1 мм и 0,6 мм при допуске 1 мм, а по поперечной оси - 0,7 мм при допуске 0,5 мм;
- отклонения установки щеточных бракетов по окружности коллектора не превышают 1 мм при допуске 0,5 мм;
- непараллельность щеточных бракетов относительно коллекторных пластин достигает 2 мм при допуске 0,5 мм.
Значительное отклонение установки главных и дополнительных полюсов от их симметричного положения на станине приводит к появлению разницы в ЭДС параллельных ветвей обмотки якоря и различных реакций якоря для разных полюсов.
Оценка качества поверхности коллектора производилась с помощью прибора бесконтактного контроля состояния рабочей поверхности типа ПКП-4М. Установлено, что биения коллектора составляют 15...20 мкм, а максимальный перепад соседних коллекторных пластин -3...4 мкм при допуске 50 мкм. Измерение усилия прижатия щеток типа ЭГ-74 со щеткодержателями типа ДДС показало, что в зависимости от износа щеток и состояния пружин отклонение усилий составляет 10 Н при допуске 5 Н.
Для анализа причин искрения, вызванных электромагнитными факторами, на двигателе 12 Д проведены следующие исследования:
- симметрии магнитной системы под главными и дополнительными полюсами;
- влияния состояния контакта щетка-коллектор на его переходное сопротивление;
- магнитного потока в зазоре под главными полюсами при работе двигателя под нагрузкой;
- причин появления повышенных пульсаций тока якоря.
Измерение магнитной индукции в зазоре под главными полюсами
производилось с помощью датчика типа AD 22151 фирмы «ANALOG DEVICES» построенного на основе датчика Холла. Максимальное отклонение магнитной индукции в воздушном зазоре не превышает 0,5 % номинального значения.
Для исследования влияния на переходное сопротивление контакта щетка-коллектор на двигателе проведен следующий эксперимент: в каждую из 9 параллельных ветвей обмотки якоря вмонтирован измерительный шунт, выход которого подключен к входу датчика тока типа ADAM-3014. С помощью низковольтного генератора постоянного тока задавался ток якоря, равный 1000 А при неподвижном состоянии и отсутствии тока возбуждения для двух фиксированных положений якоря. Из анализа осциллограмм токов ветвей 1-9 и тока якоря двигателя 1я, представленных на рис. 1, следует, что токи ветвей распределяются произвольным образом. Это свидетельствует о значительных изменениях переходного сопротивления контакта щетка-коллектор, обусловленных состоянием поверхности коллектора, разбросами физико-механических и электрических параметров щеток (твердость, химический состав, удельное сопротивление) и различием в усилиях прижатия щеток.
Осциллограммы токов двух параллельных ветвей 1в1,1в2 и тока якоря 1я при прокатке приведены на рис. 2. Из их анализа следует, что, вследствие изменения переходного сопротивления контакта щетка-коллектор и значительного отклонения установки главных и дополнительных полюсов от их симметричного положения, токи ветвей якоря при его вращении имеют пульсации, достигающие 70 % среднего значения, при относительного низких пульсациях тока якоря. Наличие таких пульсаций существен-
но ухудшает условия коммутации, т.к. резко возрастает крутизна нарастания тока ветви якоря (до 300 1Н/с), при предельно допустимых значениях 50 1Н/с. Кроме того, токи ветвей и якоря содержат низкочастотные оборотные колебания, обусловленные эллипсностью железа якоря.
250 гоо-150 ■
1В.Л 9
7 5 6 8 2
-
"ТГ "
(.С
0.01 0.02 0,03 0.04 0,0? 0.06
и /
1ч кА
а
■V > . Л V
б
Рис. 1. Распределение токов в параллельных ветвях якорной
цепи двигателя 12Д-2: а - 1-е положение якоря; б - 2-е положение якоря
Рис. 2. Токи в параллельных ветвях якорной цепи и якоре
двигателя 12Д2
Измерение магнитной индукции в воздушном зазоре под одним из дополнительных полюсов произведено с помощью датчика Холла, наклеенного на этот полюс. Измерение магнитного потока в воздушном зазоре под главными полюсами произведено косвенно с помощью плоской измерительной катушки, намотанной с шагом, равным половине зубцового деления якоря, наклеенной на внутренней поверхности полюса.
Амплитуда ЭДС измерительной катушки прямо пропорциональна потоку возбуждения в зазоре и угловой скорости вращения якоря (ЭДС двигателя), а частота - только угловой скорости якоря. ЭДС измерительной катушки выпрямляется и далее сглаживается Я-С фильтром с постоянной времени 0,005с. На рис. 3 представлены осциллограммы при аварийном торможении двигателя с максимальной скорости вращения. При появлении отрицательного тормозного тока якоря, близкого к номинальному, напряжение измерительной катушки иИК возрастает примерно на 7 % по отношению к значению на холостом ходу при практически неизменных скорости якоря и токе возбуждения. Это свидетельствует о размагничивающем действии реакции якоря при работе в двигательном режиме (в режимах прокатки). Напряжение с выхода датчика магнитной индукции повторяет изменения тока якоря. Это свидетельствует о том, что при токе якоря, близком к номинальному, насыщения дополнительных полюсов не происходит.
иИЕ
. 1., 1.
\ Цтг
Ццх
\ ТТдтв
0 1 0 2 V 3 0 4 0 5
ТХдтя /X
\
Рис. 3. Торможение двигателя 12Д с максимальной частотой вращения
Осциллограммы токов вентильных секций и якоря двигателя 12Д-2 приведены на рис. 4. Результаты обработки аналогичных осциллограмм, полученных для всех двигателей чистовой группы (4Д - 12 Д), показали, что амплитуды пульсаций изменяются от 5,2 до 13,7 % номинальных токов при допустимых значениях 5 %. Такое превышение обусловлено рядом причин, наиболее существенными из которых являются:
- заниженная индуктивность уравнительных реакторов, обеспечивающих параллельную работу выпрямительных мостов в тиристорном преобразователе;
- наличие в кривой первичного напряжения преобразовательных трансформаторов высших гармоник, обусловленных коммутацией вентилей тиристорных преобразователей;
- отсутствие на секциях шин 10 кВ фильтро-компенсирующих устройств;
- несимметрия импульсов управления тиристорами выпрямительных мостов, обуславливающая пульсации тока якоря с частотами, кратными 50Гц;
- пульсации выходного сигнала тахогенераторов.
4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1 5 1.0 0.5
О
О 0,005 0,01 0,015 0,02
Рис. 4. Токи вентильных секций ТП и якоря двигателя 12Д-2
клети № 12
Расчет индуктивностей сглаживающих дросселей, установленных на главных электроприводах стана, показал, что их значения в 1,5 - 4 раза ниже требуемых. Это подтверждается осциллограммой тока якоря двигателя 12Д-2 (рис. 5), полученной при питании неподвижного якоря от группы «НАЗАД» ТП, из которой следует, что амплитуда переменной составляющей тока якоря составляет 15,5 % от 1Н.
При анализе работы тахогенераторов ТП 212 электроприводов установлено, что уровень оборотных пульсаций выходного напряжения (двойной размах) составляет (0,5...1) %, полюсных - (0,5...2) %, зубцовых - (0,8.0,5) %, коллекторных - до 0,5 %. При работе двигателей главных электроприводов в диапазоне скоростей и=(50...400) об/мин частота оборотных пульсаций /об = (0,8.13) Гц, полюсных /пол =(1,6.26) Гц. Эти пульсации приводят к появлению вынужденных колебаний тока якоря с амплитудой до 10 %, имеющих нестационарный характер.
94
По результатам проведенных экспериментальных исследований предлагаются следующие мероприятия по улучшению условий коммутации:
1. Увеличение индуктивности сглаживающих реакторов до расчетных значений, что обеспечит снижение уровня пульсаций выпрямленных токов до допустимой величины (5 %).
2. Замену существующих тахогенераторов типа ТП 212 на разработанные импульсные датчики скорости типа ДСВИ-03/2-У3, что позволит снизить уровень оборотных пульсаций сигнала обратной связи до 0,1 % и практически исключить вынужденные колебания токов якорей двигателей.
3. Установку фильтро-компенсирующих устройств на шинах 10 кВ, что позволит снизить амплитуду высших гармоник и, как следствие, снизить крутизну нарастания выпрямленного тока до допустимых значений.
i 1я,кА t,c
i □5 0, 1 □,( 15 J
[
\ 1
V/ \
4
Рис. 5. Ток двигателя 12Д-2 при питании неподвижного якоря
от группы «НАЗАД.»
Внедрение мероприятий позволит обеспечить требуемую перегрузочную способность двигателей во всем диапазоне скоростей вращения якоря, снизить расход электрических щеток, исключить потери времени, связанные с увеличением длительности ремонта двигателей.
Yu. Merzluakov, G. Tolmachev, A. Karandaev, V. Galkin, V. Golovin, A. Hluistov
Research of conditions of switching of engines of electric drives broadband стано hot proskating rinks
The results of researches on detection of reasons unsatisfactory commutation engines of main electric drives of hot rolling mill 2000 of Open joint-stock company "ММК" are presented. The analysis of reasons of the commutator sparking caused by mechanical and electromagnetic factors is carried out. Results of research higher harmonics in a curve of an
initial voltage of converter transformers are presented. By results of researches provisions on improving conditions of commutation are offered. The increase of inductance of smoothing reactors and installation of filter compensating devices at bus line 10 kV are recommended.
Keywords: improvement of conditions of switching of engines of the main electric drives of a camp, the analysis of the reasons sparkling, smoothing reactors and filtro-compensating devices.
Получено 06.07.10
УДК 62-83:621/.69
В.М. Муравьев, канд. техн. наук, проф., зав. кафедрой, (499) 618-96-56, msavt [email protected],
Е.В. Спирин, канд. техн. наук, доц., (499) 618-96-56,
msavt [email protected],
И. А. Мышев, асп., (499) 618-96-56,
mgavt [email protected] (Россия, Москва, МГАВТ)
ПРОГРАММНО-РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРИВОД НА СУДОХОДНЫХ ГИДРОТЕХНИЧЕСКИХ СООРУЖЕНИЯХ
Приведены результаты исследований и разработка частотного регулирования скорости асинхронных двигателей маслонасосов электрогидравлического привода для обеспечения безопасности судоходства.
Ключевые слова: частотное регулирование скорости, электрогидравлический привод, двигатели маслонасосов.
Существующие системы электрогидравлических приводов (ЭГП) подъемно-опускных ворот судоходных шлюзов имеют высокий коэффициент динамичности, особенно в системах с дроссельным регулированием скорости. ЭГП не обладают необходимой жесткостью механических характеристик, имеют недостаточную перегрузочную способность, что приводит к увеличению продолжительности шлюзования, особенно во время работы при минусовых температурах и неблагоприятных гидродинамических явлениях в бьефах, не обеспечивают плавного изменения скорости и ускорения, повторяемости циклов. Высокий коэффициент динамичности приводит к интенсивному износу тяговых органов и сокращению межремонтных сроков. Сложность исключения протечек масла, а значит и просадок рабочего органа, зависимость параметров привода от вязкости масла, трудность настройки и сохранения параметров регулирования золотниковой системы управления также отрицательно сказываются на эксплуатационных параметрах привода [1].
С целью устранения отмеченных недостатков было предложено использовать частотно-регулируемые автоматизированные приводы с асинхронными короткозамкнутыми двигателями для привода маслонасосов
96
