Д=зД0, значение а приведено в таблице, Д0=0,4 — 0,00044 (X—80) при Х>80, при α= 60 Д0 =0,5, при Х=40 Д0=0,7, при Х=20 Д0=1,1, при 1 — 10 Д0 =1,7. Зная время каждого пропуска и промежутки между пропусками, строим диаграмму мощности, откуда и определим средне - квадратичную мощность для нереверсивных станов. Если стаи имеет ряд клетей, нужно знать их число,! диаметры валков и их шеек, произво- j дительность стана за смену и число | смен в сутки, материал—вес и размеры болванок, сортамент прокатки и расположение стана. Для смягчения толчков, получаемых двигателем вначале пропуска, особенно болванок, а также для уменьшения толчков в электрической сети, применяют маховик, работающий параллельно с двигателем при понижении числа оборотов двигателя в моменты наибольшей нагрузки.
Запас кинетической энергии в массах, вращающихся с угловой скоростью <о, равен:
(О
А=I - кг-м,
где / — приведенный момент инерции. Заменяя момент инерции через махо-# вой момент GD- (приведенный к числу
„ 2-щоооротов мотора) и «> через где щ—
число оборотов мотора, получаем выражение А=0,137. GD-щ2 10~5 квт. сек., где G вес вращающихся масс или, при ориентировочных подсчетах, вес маховика. D — приведенный диаметр инерции. Понижение оборотов мотора с щ на щ заставляет маховик отдать энергию, равную:
ДА=0,137 GDnе — п“ 10~° квт. сек.
2 2
Д А и п2 Пг—По
__=—5— =2s s2, где
П1
На основании этой зависимости | можно построить кривую отдачи j энергии маховиком в процентах от максимальной энергии. При относительном падении скорости (скольжение) $=10°/о, маховик отдает 19,/о запасенной энергии.
Динамическое равновесие системы мотор-стан выразится уравнением:
стат. == мах. “t“ -мот.
стат. -прок.
где -3/прок. момент, равный моменту сопротивления прокатке, If о—момент холостого хода стана. 3fMax. определится после дифференцирования с1А по dt
GD2 dn GDз ds
Muax. — 375 at “ 375 Ul dt ’
где %-синхронное число оборотов асинхронного двигателя или число оборотов холостого хода шунтового мотора, если бы не было потерь..
Так как для моментов мотора имеем соотношение:
И Ж Ж
“пом. мот. -ш-мот. их<.тат.
яом. отат.
где $стат> соответствует скольжению, которое имел бы мотор, преодолевая моментЖстат. без помощи маховика, то, подставляя найденные выражения вуравнение динамического равновесия, | наличии индукционных двигателей получаем: | контакторными или жидкостными, ем.
иом. мот. s ~ r. ®s 4_яомлт-х. 0 ! рисунок ij. Время действия регулятора
~sE0M> стат 375 Hf 1 ’ 1 0,5—1 сек. Центральным звеном являет-
__Жном. мот. О О
стат. &£)· Щ
или после интегрирования:
стат. — S — Жв,
постоянная интегрирования
ii «5СТат. ’0,
где so — скольжение при холостом ходе; тогда
откуда получаем выражение для вру-! тлщего момента двигателя за время пропуска (прокатки):
Хмот. стат. С-- ‘ / “Ь
Изменение крутящего момента после пропуска во время паузы происходит по формуле
_ х
Жмот.=(Жа-Ж0)е f + Jf0,
где 3£а — динамический момент, иду-
ГЛ П2
ищи на ускорение системы Мα= а,
ь 5
при замедлении 1£а переходит в J£b и ускорение а замедляется замедлением 5. Т имеет измерение в секундах аналогично постоянной времени нагрева мотора и носит название постоянной, инерции двигатель-маховика, хотя правильнее ее назвать постоянной времени разряда энергии маховика: т== &D“n
375 М вок.
ЛХЙОМ. мот.
При построении нагрузочной диа-(< граммы моментов молено пользоваться шаблоном для шунтовых и асинхронных моторов, как то имело место при проверке мотора на нагрев. При работе мотора с маховиком выбирают 10—15°/о скольжения при 100% перегрузке двигателя. Для уменьшения веса маховика необходимо, чтобы мотор проявлял известную чувствительность к нагрузке. Однако, естественного скольжения бывает недостаточно. Приходится прибегать к компаундированию регуляторами скольжения (прися мотор В включенный в цепь главного мотора через трансформатор. Крутящий момент дшгателя Dt и момент, создаваемый противовесом С при малых, нагрузках, не в состоянии поднять электроды реостата, однако при перегрузках главного мотора напряжение на клеммах мотора i>, растет, момент возрастает в квадрате напряжения и становится достаточным для подъема электродов и увеличения сопротивления слоя жидкости. Схемы компаундирования шунтовых двигателей очень разнообразны, одна из них, наиболее простая—снабжение возбуждения компауядсой обмоткой. По мере увеличения нагрузки сила тока в якоре и, следовательно, в компаунд» ной обмотке, растет, обороты мотора; падают, и маховик принимает на себя ! инк нагрузки, так как
V—ЫЕ и — ° ф
Если на одном стане приходится прокатывать различные профили, необходима регулировка числа оборотов, причем в зависимости от сортамента регулировку приходится доводить до 45% изменения скорости. При выборе системы регулироват-шя должно учитывать, с каким моментом и каком мощностью должен работать стан. Если требуется постоянная мощность, т“ крутящий момент, очевидно, будет падающим с увеличением скорости.
G
Для регулирования нереверсивных станов практическое значение имеют главным образом компаундные двигатели постоянного тока и асинхронные трехфазные двигатели.
Двигатели постоянного тока шунто-вые с компаундной обмоткой с добавочными полюсами и компенсационной обмоткой позволяют осуществить регулировку в пределах 1:2,5. Для регулировки скорости в более широких пределах употребляется вольтодобавочный аггрегат. Схема Леонарда применяется только в случаях широкой регулировки. Выбор рода тока производится обычным способом путем сравнения капитальных затрат и эксплуат.х расходов при различных вариантах. Однако, при одинаковых расходах постоянный ток имеет технические преиму щ е-ства, равно как при переходе области регулирован и я свыше предела 1:2 или при наличии нескольких регулируемых систем. При трехфазном токе наиболее простая регулировка достигается введением сопротивления в це пь ротора асинхронного мотора с контактными кольцами. Из экономических соображений, так как часть энергии теряется в регулировочном “реостате, этот способ применяют для изменения скорости в пределах 12—15% от максимальной.
Регулировка достигается также переключением числа полюсов. Экономически она выгодна, так как не сопровождается потерями в роторе. Тех же результатов можно достигнуть каскадным включением. Однако, число ступеней скоростей очень невелико, a cos <р низок (ок. 0,5). Большое количество комбинаций достигается переключением полюсов и каскадным включением. Здесь имеется очень много схем: Orlikon Wust, и др.
Возможно применение трехфазных коллекторных моторов, но только для легкой прокатки, так как мощность этого типа моторов ограничена (ок. 600 квт.), и только с шунтовой характеристикой типа Шраге. При сериесной характеристике в конце каждого проката мы имели бы резкое повышение числа оборотов, что противоречит в основе диаграмме скорости проката.
Стремление уменьшить потери на тепло при регулировке скорости, добиться более точной регулировки и постоянства скорости на данной ступени привело к широкому распространению на практике схем с дополнительными машинами к главному прокатному мотору, в частности получили распространение схема Кремера с одноякорным преобразователем, с пределом регулировки до 35°/о ниже синхронной скорости, и схема Шербиуса с коллекторной машиной Шербиуса, с пределами регулирования Д= 25% выше и ниже синхронной скорости, или около 45% от максимальной. Схема Кремера дает нам систему с постоянной мощностью, система Шербиуса обладает постоянным моментом. Каскадное включение по схеме Кремера превращает электрическую энергию скольжения в механическую энергию второго мотора, соединенного с валом основного мотора через одноякорный преобразователь, к кольцам которого подается энергия скольжения. На схеме рисунок 2 одноякорные преобразователи питают моторы постоянного тока для вспомогательных целей. Преобразователь и
ТрехфазнЬш moV 2200v 60 Mpjceit
моторы имеют возбуждение, питаемое от постороннего источника, обычно добавочного аггрегата. Запуск производится следующим образом: после того как асинхронный мотор достиг нормального числа оборотов при холостом ходе, дается возбуждение преобразователю и включается рубильник, соединяющий ротор главного мотора с к. кольцами преобразователя. Последний начинает медленно вращаться пропорционально числу периодов тока ротора, которое очень мало при холостом ходе главного (прокатного) мотора. Устройство демпферных обмоток в башмаках магнитов преобразователя облегчает вхождение в синхронизм якоря преобразователя уже при 1 °/о скольжения ротора прокатного мотора, что при 50 пер./сек. в сети будет соответствовать скорости вращения преобразователя при Vs пер./сек. Давая мотору пост, тока заранее определенную величину возбуждения, начинают питать последний от преобразователя. Если главный мотор асинхронный и мотор постоянного тока на одном валу, то при определенном возбуждении устанавливается определенное число оборотов аггрегата, причем индуктированное напряжение в моторе постоянного тока находится в равновесии с эдс преобразователя с поправкой на падение напряжения в цепи мотор-преобразователь.
Регулировка числа оборотов главного мотора производится изменением возбуждения мотора постоянного тока. Увеличивая возбуждение, увеличиваем индуктированное напряжение в моторе пост, тока, которое перевешивает эдс преобразователя и вызывает в нем ток, обратный генерируемому. Следовательно, крутящий момент, создаваемый током ротора асинхронного мотора, увеличится. Якорь преобразователя получает ускорение, напряжение растет в цепи ротора, в силу чего начинает увеличиваться скольжение главного мотора, то есть уменьшается число оборотов. Со своей стороны, мотор постоянного тока с увеличением ззозб у леденил снижает число оборотов. Равновесие возобновляется, когда эдс преобразователя достигает величины индуктированного напряжения моторапост, тока прн новом числе оборотов всего аггрегата. Для увеличения числа оборотов аггрегата уменьшают возбуждение мотора пост, тока; эдс преобразователя получает перевес над индуктированным напряжением в моторе, в результате в мотор посылается добавочный ток. Это увеличение отдаваемой преобразователем энергии может быть покрыто только за счет махового момента преобразователя, вследствие чего число оборотов, число периодов и напряжение преобразователя начинают убывать—главный мотор устанавливает свое число оборотов соответственно меньшему скольжению. Одновременно мотор постоянного тока увеличивает с уменьшением возбуждения число оборотов, и весь аггрегат увеличивает число оборотов. Чем больше скольжение главного мотора, тем больше энергия скольжения. Обозначая мощность, заключенную в воздушном зазоре асинхронного мотора, через Р0» через s — скольжение в °/0. определяем для механической мощности на валу асинхронного мотора 100-5
iex. “ 100
Получаемая через преобразователь мотором пост, тока электрическая мощностьр _р Jе—
ЭЛ. 100
Вся мощность, отдаваемая аггрегатом прокатному стану:
&мех. +
откуда следует, что кремеровский аггрегат работает с постоянной мощностью независимо от числа оборотов и что число оборотов убывает обратно пропорционально возрастанию крутящего момента, если мотор пост, тока непосредственно соединен с валом асинхронного мотора. Аггрегат будет работать с постоянным моментом, если преобразователь отдает ток в сеть для питания ряда вспомогательных моторов, как это показано на схеме (рисунок 2).
Преобразователь обычно строится на 25 пер./сек. с тем, чтобы при 50 пер./сек. в сети имелась бы возможность регулирования на половинное число синхронных оборотов. Если запускать асинхронный мотор при вкщрченном к ротору преобразователе, то последний пойдет в разнос, для предупреждения чего устанавливают центробежный выключатель на валу преобразователя. Аггрегат защищают максимальные и нулевое реле, сигнальные и блокировочные устройства, препятствующие неправильному включению.
Перевозбуждением преобразователя можно добиться улучшения cos 9, так как асинхронный мотор начинает компенсироваться конденсаторным током, однако в пределах не свыше 0.9.
В принципиальной схеме Шербиуса энергия скольжения ротора асинхронного мотора передается коллекторной трех фазной машине, тогда необходимость в преобразователе отпадает. Если регулирование должно происходить при постоянной мощности, то коллекторная машина помещается на одном валу с асинхронным мотором; при регулировании с постоянным моментом машина устанавливается отдельно и через генератор переменного тока отдает энергию скольжения в сеть. Изменяя коэффициент трансформации регулировочного трансформатора, включенного между контактными кольцами аекнхр. мотора и статором коллект. машины, регулируем по заданию скорость главного мотора. Рисунок 3 дает схему Шербиуса с регулировкой ниже синхронной скорости путем компаундирования машины Шербиуса и схему „квадратичнойЛ системы Леонарда, где возбудитель д} питает возбудитель двигателя д2, возбудитель генератора <73 и машины дй, задача которой — ускорить процесс возбуждения. В 1917 г. эта схема была усовершенствована американцами так, что получилась возможность не только подсинхронной, но и сверх-синхронной регулировки.
В ©том случае обмотка возбуждения коллекторной машины получает питание, с одной, стороны, от колец асинхронного двигателя через регулировочный трансформатор, а другие концы обмотки соединены с преобразователем частоты, который соединен е валом асинхронного мотора.
Метод Гейланда позволяет достигнуть регулирования скорости асинхронного мотора путем каскадного включения с преобразователем частоты. Ротор двигателя соединяется с коллектором преобразователя, кольца преобразователя частоты соединяются через регулирующий трансформатор с сетью, с помощью трансформатора меняется напряжение на кольцах а следовательно и на коллекторе преобразователя, а следовательно и на кольцах асинхронного мотора. В ре
зультате скольжение меняется, и устанавливается требуемая скорость. Выключив трансформатор, уничтожим напряжение на коллекторе и кольцах преобразователя частоты. Асинхронный двигатель получит нормальное своей нагрузке скольжение, то есть приблизится к синхронной скорости. Переключая концы обмоток преобразователя на 180° и постепенно увеличивая напряжение путем включения трансформатора, заставим асинхронный двигатель повысить скорость -выше синхронной. Преобразователь частоты или соединяется с асинхр. мотором через зубчатую передачу, или приводится в движение от особого быстроходного асинхронного двигателя.
Компаундирование, так же, как и в схемах Шербиуса, достигается с помощью сериесного трансформатора, j быстроходным. Число реверсов в еоот-меняющего напряжение на кольцах : ветствии с числом пропусков обжимае-преобразователя с изменением нагруз-1 мого материала (обычно 10—20 в мин.) ки гл. двигателя. Улучшение cos доходит до 30 в мин. Диаграмма ско-достигается передвижением щеток на j рости должна быть подобрана таким коллекторе преобразователя частоты. ! образом, чтобы захват болванки про-Для приводов с постоянной мощно-i ходил при со 0.4, а выход болванки при стью добавляется синхронный двига-1 0,7—0,8 от скорости пропуска, так как тель на ьал привода, который и пре“ i слишком большая скорость при захвате вращает энергию скольжения, получав-1 болванки дает большой толчок в сети мую через преобразователь, в меха-j и требуетувеличения мощности мотора, ническую энергию. Изменяя возбужде-! Большие скорости выбрасывания болние синхронного двигателя, достигают нужной скорости привода; в этих схемах преобразователь частоты пропускает через себя энергию скольжения, поэтому при больших мощностях они не применяются, так как с увеличением мощности преобразователя хорошая коммутация трудно достигается. При наличии на предприятии постоянного тока регулирование скорости путем применения моторов постоянного тока является наиболее рациональным и технически и экономически. При наличии только трех фазного тока для регулирования скорости нереверсивных станов применяют как схемы Шербиуса, так и схемы Еремера. Однако, в СССР получила распространение схема Кгемера, окончательно же выбор решается путем подсчета вариантов в зависимости от местных условий. Для привода реверсивных станов применяется почти исключительно система Леонарда—Илынера, которая преобразует переменный ток в постоянный, дает возможность регулировать число оборотов от нуля до установленного предела, реверсировать двигатель и,кроме того, принимать на себя толчки нагрузки, выравнивая тем самым диаграммы нагрузки сети в зависимости от величины маховика. Отличие этой схемы от схемы Леонарда заключается в маховике, устанавливаемом на умформере. Одним из основных условий реверсивности является уменьшение маховых моментов вращающихся масс, которые должны реверсироваться. В этих целях прокат-1 ный мотор делается при больших! мощностях с двойным якорем, чтобы | уменьшить его диаметр. Для уменыие-1 ния веса маховика и машин весь I умформер мотор-генератор делается j
| вашей после прохода через валки ведут I к перенапряженной работе моторов I рольгангов.
| Диаграммы моментов и мощности, необходимые при выборе мощности главного мотора и всех остальных единиц ильгнеровской системы, даны на рисунке 4, где Ж — результирующий момент при основной скорости, if — с поправкой на повышенную скоростьппроката М!=М —, Р и Р — мощно-
71 d
сте двигателя соответственно моментам М и М. Результирующий момент И является суммой моментов: Мр — момент холостого хода стана, М —момент, создаваемый процессом прокатки, моменты ускорения МА и замедления MR. Индексы у МА и М% показывают, что эти моменты различны при различных ускорениях и замедлениях. Величины слагающих определяются по способам, указанным в разделе нереверсивных двигателей. Мощность определяется обычным путем, как произведение средне-квадратичного момента на основную скорость, и проверяется на Бремя разбега, перегрузочный момент при различных скоростях и на нагрев. Характеристики реверсивного двигателя 5.200 квт, показаны на рисунке 5. Кривые 1 и 1 соответствуют моменту и мощности при продолжительной работе, кривые 11 и 2 — наибольшие допустимые момент и мощность, III и 3 — перегрузочные момент и мощность, при которых должно происходить отключение мотора.
Основной или номинальной скоростью называется скорость при полном возбуждении двигателя, номинальной мощностью и моментом называются таковыеври полном возбуждении двигателя и при основной скорости- Для блумингов основная скорость не велика и не
м.
Jf
1 j :t4i
я-: и 1 pZvz-9.
Рисунок 4.
превышает 40—60 об./мин. Перегрузочный момент прокатных двигателей должен не менее, чем в 3,5 раза превышать номинальный момент.
Мощность генераторов пост, тока, соединенных с прокатным мотором, должна равняться мощности последнего с учетом его кпд. Мощность асинхронного мотора, приводящего в движение аггрегат Леонарда-Ильгнера:
1 i Р
прок. мот.
над. мот. Чарок, мот. Чнер. Чгенер.
Коэфф. 1,1 учитывает потери в регуляторе скольжения. Различные модификации и усложнения в основной схеме Леонарда связаны в первую очередь с необходимостью компенсировать энергию электромагнитных полей ге
нератора, меняющихся с каждым пропуском по величине и направлению, а также изменение полей двигателя. На схеме рисунок б метод быстрого возбужде-ения применяется“ дважды: и в цепи возбуждения возбудителей, и в цепи главных машин путем шунтирования введенных в эти цепи омических сопротивлений. Давая обмоткам возбуждения при реверсировании напряжение больше нормального, уменьшают его введением омического сопротивления. Трансформатор Тг через последовательное реле действует на контакты управляющего реле, регулируя скольжение. Для регулировки скорости =fc (10°/о) вы- ше и ниже синхронной применяется также система Kozisek‘a (рисунок Эта система проще системы Шербиуса, но. пределы регулировок меньше, не пере- ., ходя d= 15°/о синхрон, скорости. При. механическом каскаде компенсирова ;
ная машина Koziseka находится на одном валу с двигателем группы Леонарда-йльгнера. Подбором фазы эдс
Рисунок в.
заставляют машину работать в режиме мотора или в режиме генератора. Недостаток системы, кроме узких пределов регулирования, — трудности в коммутации, в силу чего напряжение на коллекторе должно оставаться в пределах 100 вольт, что увеличивает размеры коллектора.
Для защиты прокатного двигателя от коротких, но больших перегрузок применяется компаундирование двигателя и противо-компаундирование генераторов группы Ильгнера. Во избежание уменьшения средней скорости проката протяво- и компаундирование рассчитывается на значительные перегрузки, почти не оказывая влияния при малых перегрузках. Так как при реверсе компаундная обметка двигателя должна переключаться, а это при больших токах потребовало бы тяжелой аппаратуры, то компаундируют возбуждение прокатного двигателя от особой динамо, возбуждающейся от рабочего тока реверсивного двигателя. Защитааварий, коротких замыканий и опасных перегрузок устанавливаются автоматы, обесточивающие возбуждение генераторов и двигателя; для этих же целей устанавливается в цепи прокатного двигателя автоматический выключатель с ограничителем тока размыкания (добавочное сопротивление). Все управление двигателем и аггрегата-ми производится контакторами е поста управления. В 1931 г. в СССР были построены первые два электропривода для блумингов по схеме Леонарда-Ильгнера.
Становой (прокатный) мотор пост, тока 750 вольт имеет мощность 7.000 л.с.,число оборотов регулируется от 0—50 и 120 сб./м. Предельная мощность при 46 об./м.—19.000 л. с. Аггрегат Ильгнера состоят из трехфазного двигателя мощностью 5.000л.с., 375 об./м. и непосредственно соединенных с ним двух генераторов постоянного тока мощностью по З.ООо л. с. и стального маховика диам. 4,4 м, весом 62 т, который и принимает на себя все перегрузки.
Привод непрерывных станов возможно осуществить, если при прокатке сохраняется определенное соотношение скорости по мере изменения профи ля прокатки. В зависимости от сорта прокатки эти соотношения должны меняться. На черновой прокатке это почти не отражается. Промежуточные клети уже требуют регулировки, которая легко удовлетворяется шунтовым мотором. Отделочные клети уже требуют регулировки скорости до 1:5; в этих случаях регулировка осуществляется по схеме Леонарда. Поскольку для различных сортов регулировку екоот перегрузок при неумелом управлении станом осуществляется путем ] рости приходится осуществлять в раз-электромагнитной блокировки рычага личных пределах, на различных стадиях управления. На случай серьезных I проката к. кроме того, непрерывностьпроцесса требует строгого синхронизма в соотношениях скоростей, то в данном случае электрический многомоторный привод является наиболее рациональным. Схема рис, 2 дает пример из американской практики электрического привода непрерывных станов, где особенностью системы постоянно-переменного тока является использование энергии скольжения асинхронных моторов одних клетей для привода других клетей моторам:: постоянного тока. Мощности двигателей для 9 клетей около 11.000 квт. Промежуточные клети имеют регулировку по системе каскадов Кремсра, отделочные клети— по системе Леонарда.
Для бандажных и трубопрокатных станов требуются моторы 200—450 квт., для прокатки дисковых колес 400— 800 квт., для трубопрокатных станов последнее время стали применять отдельные двигатели постоянного тока на каждом валке, при этом особенно важно постоянство скоростей обоих двигателей. Это достигается дополнительной обмоткой в каждом якоре. Эти обмотки соединены через кольца между собой. Разница в скоростях якорей вызывает уравнительные токи, которые и создают синхронизирующие силы.
> Энциклопедический словарь Гранат, страница > Электропривод в прокатном деле позволил совершенно перестроить это производство