Автоматизация стана холодной прокатки аллюминия

Рис. 5 Тахограмма и нагрузочная  диаграмма электропривода

 

 

 

 

 

2. ВЫБОР ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

2.1. Обзор возможных вариантов

В настоящее время в  электротехнической промышленности существует большое количество фирм-изготовителей  статических преобразователей напряжения и частоты. Рынок разработчиков  и изготовителей преобразователей 'представлен такими фирмами, как  Siemens, ABB, Alien Bradley, AEG, General Electric и другими менее известными производителями. Данные фирмы выпускают как комплектные системы привода, так и отдельные системы управления, с возможностью конфигурации по усмотрению разработчиков.

Следует отметить, что разработка электропривода клети непрерывного стана холодной прокатки является частью общего плана реконструкции приводов технологических механизмов. Основной задачей реконструкции является замена устаревших аналоговых систем управления на более совершенные  современные цифровые системы управления. При этом базовым электрооборудованием на стане принято оборудование фирмы  Siemens. Выбор оборудования фирмы Siemens сделан не случайно. Из номенклатуры выпускаемой продукции для управления тиристорными преобразователями может быть использовано ограниченное число систем регулирования с цифровым управлением. По техническим и стоимостным характеристикам вне конкуренции комплектные устройства SIMOREG DC - Master, что в конечном счете и определило выбор заказчика.

Исходя из гибкости САР  и возможности введения свободно программируемых элементов, обеспечивающих технологические требования, принимаются  в качестве базовых преобразователей питания двигателей комплектные, цифровые преобразователи SIMOREG 6RA70.

2.2. Краткое  описание ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ SIMOREG DC - Master

Преобразователи серии  6RA70 SIMOREG DC MASTER являются полностью цифровыми компактными модулями с трехфазным питанием, предназначенными для питания якоря и обмотки возбуждения двигателей постоянного тока с регулируемой скоростью и с номинальным током якоря в диапазоне от 15А до 2000А. Компактные преобразователи могут включаться параллельно для обеспечения тока до 10000А. Максимальное значение тока для питания цепи возбуждения равно 40А (уровни токов зависят от номинального тока якоря).

Преобразователи серии  6RA70 SIMOREG DC MASTER характеризуются компактной, малогабаритной конструкцией. Их компактное исполнение гарантирует чрезвычайно легкое техническое обслуживание и ремонт, поскольку обеспечивается быстрый доступ к каждому компоненту. Модуль электроники состоит из основной электронной платы и дополнительных плат.

Все блоки SIMOREG DC MASTER снабжены простой панелью управления (PMU), закрепленной на дверце преобразователя. Панель состоит из пятиразрядного, семисигментного индикатора, трех светодиодов индикации состояния и трех клавиш параметрирования. На панели управления так же находится соединитель типа ХЗОО с интерфейсом USS, соответствующим стандарту RS232 или RS485. Панель обеспечивает все необходимое для регулирования и настройки, а так же отображения измеренных значений, необходимых для запуска преобразователя.

Дополнительную панель управления преобразователем ОР18 можно расположить  либо на дверце преобразователя, либо вне ее, например, на двери шкафа. При наличии пятивольтового источника  питания, допустимо использование  кабеля длиною до 200 м. Панель ОР18 подключается к SIMOREG с помощью соединителя ХЗОО. Панель ОР18, отображающую измеренные физические параметры, можно использовать в качестве экономичной альтернативы для управления средствами измерения шкафа. Панель ОР18 имеет ЖК индикатор с количеством символов 4x16, предназначенный для отображения имен параметров в виде простого текста. В качестве языка отображения можно выбрать немецкий, английский, французский, испанский и итальянский. Пользуясь панелью ОР18,

можно сохранить наборы параметров для их последующей легкой загрузки в другие устройства.

Параметрирование преобразователя  можно так же осуществлять через  стандартный PC при использовании соответствующего программного обеспечения. ЭВМ подключается к базовому блоку с помощью последовательного интерфейса. Этот интерфейс используется во время запуска, для сохранения параметров при выключении, а так же для диагностики во время работы. Более того, обновленное программное обеспечение преобразователя можно загрузить через этот интерфейс для хранения во Flash памяти.

Напряжение питания якоря  и схемы возбуждения может  отличаться по частоте (лежать в диапазоне  от 45 до 65 Гц). Последовательность чередования  фаз источника питания якоря  значения не имеет. Для преобразователей с номинальным постоянным током  от 15А до 850А (1200А при напряжении 400V), силовая часть для якоря и устройства возбуждения выполнена на изолированных тиристорных модулях, т.е. радиатор является электрически изолированным. В устройствах с более высоким номинальным постоянным током или более высоким напряжением питания силовая часть для схемы якоря выполняется на отдельных дисковых тиристорах и радиаторы (тиристорные сборки) находятся под напряжением. Корпус и изолирующие крышки на силовых зажимах обеспечивают защиту от случайного прикосновения при работе оператора в непосредственной близости от силовой части. Все соединительные зажимы доступны спереди.

Все функции регулирования с  замкнутой и разомкнутой ОС, а  также функции связи выполняются  с помощью двух мощных микропроцессоров. Функции управления двигателем применены  в программе как программные  модули, которым можно задавать параметры. 

2.3. Выбор схемы и конкретной модели преобразователя

Схема силовых цепей  выпрямительно-инверторного преобразователя  должна обеспечивать выполнение требований, предъявляемых к электроприводу, при минимальном количестве управляемых  вентилей и высоких технико-экономических  показателях. В первую очередь выбирается пульсность схемы исходя из мощности привода и требований к динамике. При этом руководствуются следующими соображениями. Чем больше мощность привода и выше требования к быстродействию, тем больше должна быть пульсность. Это обусловлено тем, что мощный преобразователь больше искажает напряжение в питающей сети переменного тока. С повышением пульсности эти искажения  уменьшаются. Более мощные двигатели  допускают меньшие пульсации  тока якоря.

Быстродействие системы  ТП-Д ограниченно в связи с  дискретностью работы преобразователя. В течение интервала повторяемости, длительность которого пропорциональна  пульсности, преобразователь неуправляем. Чем короче интервал повторяемости, тем выше быстродействие привода, шире полоса пропускания всех контуров и  больше диапазон регулирования скорости.

Связь тиристорных преобразователей с питающей сетью трансформаторная. Преобразовательный трансформатор  трехобмоточный с соединением вторичных  обмоток по схеме «звезда» и «треугольник». К каждой вторичной обмотке подключается тиристорный преобразователь, собранный  по трехфазной мостовой реверсивной  схеме (тиристорный мост). От каждого  тиристорного моста питается якорь  двухякорного двигателя валка. При  такой конфигурации силовой схемы  обеспечивается эквивалентная 12-пульсная схема выпрямления по отношению  к питающей сети, а по отношению  к нагрузке - 6-пульсной.

Режим работы стана холодной прокатки нереверсивный, но при наладке  и в аварийных режимах требуется  реверс, следовательно, преобразователь  по цепи якоря должен быть реверсивным. Для питания обмоток возбуждения  двигателя, которые соединены параллельно, используем независимый нереверсивный  преобразователь. 

Таким образом, для питания  каждого якоря двигателя рабочего валка клети применим трехфазный мостовой реверсивный преобразователь (р=6), для цепи возбуждения применим трехфазный мостовой нереверсивный  преобразователь, т.к. не требуется  изменения направления тока возбуждения.

При выборе преобразователя  определяющими параметрами являются его номинальное выпрямленное напряжение U_dN и номинальный выпрямленный ток

I_dN, которые должны соответствовать номинальному напряжению двигателя U_N и

номинальному  току двигателя I_N. Причем выбирается U_dN > U_N для безопасного

инвертирования  при снижении напряжения питающей сети.

Указанный на типовой табличке преобразователя  номинальный постоянный ток (максимально  допустимый длительный ток) во время  работы может превышаться. Для величины превышения и его длительности существуют границы. Абсолютная верхняя граница  для величины превышающего тока установлена  на 1,8- кратном номинальном токе. Максимальная длительность перегрузки зависит как от временной характеристики тока перегрузки, так и от предыдущей перегрузки и является специфичной  для каждого конкретного преобразователя.

Каждой перегрузке должна предшествовать недогрузка (фаза нагрузки, в которой  ток меньше номинального). По истечении  времени перегрузки ток нагрузки должен вернуться как минимум  на величину меньше номинального постоянного  тока.

Длительность динамической перегрузки может быть подвернута тепловому  контролю (контроль по It). Микропроцессор циклически рассчитывает текущее значение I²t для силовой части, чтобы предотвратить повреждение тиристоров при работе с перегрузкой.

Выберем преобразователь с учетом динамических перегрузок. Данный способ осуществим при использовании семейства  граничных кривых для повторнократковременного режима перегрузки, приведенных в документации фирмы Siemens для каждого типа преобразователя.

Семейство граничных кривых ссылается соответственно на время  цикла периодического режима перегрузки общей длительностью (временем периода) в 300

3 о

сек. Само время цикла делится  на два временных отрезка: основная длительность (текущее значение якорного тока меньше номинального тока) и длительность перегрузки (якорный ток больше номинального).

Каждая граничная кривая представляет собой специфичный  для преобразователя при соответствующем  коэффициенте перегрузки максимальный ток основной нагрузки (граничный  ток нагрузки, заданный в % от номинального постоянного тока) в течение минимального времени перегрузки (граничное время перегрузки). Тогда для остаточного времени пика нагрузки допустим максимальный ток, определяемый коэффициентом перегрузки. Если для желаемого коэффициента перегрузки не задана граничная кривая, то следует руководствоваться граничной кривой для следующего коэффициента перегрузки.

Семейство граничных кривых действительно для цикла пиковой  нагрузки 300 сек. Простым методом  подсчета можно проектировать пиковую  нагрузку с большим временем цикла.

В связи с тем, что  мощность двигателя достаточно велика и номинальный ток каждого  якоря больше, чем максимальный выпрямленный ток, обеспечиваемый преобразователями  SIMOREG DC MASTER, то для повышения мощности преобразователи можно включать параллельно. При этом максимально могут быть включены 6 преобразователей, один из которых является ведущим, а все остальные ведомыми. Для компенсации запаздывания распространения сигнала ведущий (master) преобразователь должен располагаться в середине.

Параллельно можно включать только преобразователи с одним  и тем же номинальным током. Допустимый выходной ток при параллельном включении:

 

где п - число преобразователей SIMOREG.

Для равномерного распределения токов требуются  одинаковые раздельные коммутирующие  дроссели для каждого преобразователя  SIMOREG. Разница в индуктивностях дросселей определяет неравномерность распределения токов. Для работы без снижения мощности (снижения тока) рекомендуется разброс индуктивностей 5% и меньше.

 

 

Предварительно выбираем два параллельно включенных преобразователя SIMOREG 6RA7095-4LV питающих каждый якорь двигателя. Для проверки преобразователей с учетом динамических перегрузок используем тахограмму и нагрузочную диаграммы, рассчитанные для режима работы, где скорость<span class="dash041e_0441_0