Электропривод моталок

Электропривод моталок

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(») 492330

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 16.04.74 (2l) 2018914/25-27 (51) М. Кл. с присоединением заявки Ме

J (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.11.7:бюллетень Ì 43 (45) Дата опубликования описания 24.О2.76

В 21с 47/26

Государственный квинтет

Совета Мнннотров СИр ла делам нэебретеннй и открытей (53) УДК 621.778.27 (088.8) (72) Авторы изобретения Н. Ф. Ильинский, В. В. Михайлов, А. С. Филатов и В. В. Шувалов (71) Заявитель Московский ордена Ленина энергетический институт (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД МОТАЛОК

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано для привода моталок в лентопрокатных цехах, Известен электропривод м оталок, содер-. жашнй электродвигатели постоянного тока, якорные цепи которых соединены последовательно и прн помоши энергоотбирающего элемента, например резистора, подключены к выпрямителю, вход которого подклк чен к выходу трехфазного индуктивно-ем-. костного источника тока, а обмотки возбуждения двигателей подключены к регулируемым блокам питания, один иэ yapasaaющих входов каждого из которых соединен щ с блоком, формирующим сигнал натяже ния, пропорциональный радиусу бунта соответствующей моталки.

Бель изобретения - повысить точность поддержания натяжения иэделия на заданном уровне прн установившихся и особенно при переходных процессах, например при его пуске или торможении.

Предлагаемый электропривод отличается от известного тем, что второй из 30 управляюших входов каждого иэ блоков питания соединен с блоком, формирующим сигнал движения, пропорциональный необходимому для изменения скорости движения иэделия динамическому моменту, и связанным с блоком сравнения, входы ко торого соединены с элементами задания контроля скорости движения изделия, а также содержапптм элементы ограничения иоложительных и отрицательных сигналов

as выходи, а третий иэ управляющих вхо« дов каждого иэ блоков питания соединен с блоком, формирующим сигналы компенсапии моментов механических потерь в кинематических цепях и двигателях моталок.

В простейшем случае элемент задания скорости движения иэделия выполнен в виде источника напряжения, а элемент контроля. этой скорости - в виде датчика напряжейия на якорной цепи одного из дви, гателей моталок.

Характеристики электропривода моталок формируются наиболее просто, когда блоки, формирующие сигналы натяжения и движения, подаваемые на управляющие

49233О входы блоков питания, соединены с соо ветствуюшими измерителями радиусов бунтов моталок.

Простейший BspHsHT схемной реализации предлагаемого электропривода моталок достигается, если блоки питания выполнены в виде магнитных усилителей, зажимы обмоток управления которых служат их управляющими входами, блоки, формй=", руюшие сигналы натяжения, и блоки форми рующие сигналы движения, выполнены в виде последовательных цепей, образованных регулируемыми от соответствующих измерителей радиусов бунтов моталок резисторами и включенных последовательно с обмотками управления магнитных усилителей, причем цепи, формирующие сигналы напря- жения, подсоединены параллельно к источ- нику стабилизированного напряжения, а цепи, формирующие сигналы движения, подсоединены параллельно к последователь.— ной цепи встречно включенных стабилитронов и включены последовательно с источником напряжения, являющимся элементом зацания скорости движения изделия, и резистором между зажимами якорной цепи одного из двигателей моталок, а блок, формирующий сигналы компенсации моментов механических потерь в кинематических целях и двигателях моталок, выполнен в виде последовательной цепи, образованной регулируемым резистором и источником напряжения и включенной последовательно с обмотками управления магнитных усилителей, зажи м ы к оторых служат третьим и из управляющих входов блоков питания.

На фиг. 1 дана структурная схема электропривода моталок; на фиг. 2-4— графики, характеризующие работу блоков электропривода; на фиг, 5 приведены совмещенные механические характеристики двигателей моталок; на фиг. 6 — дана принципиальная схема электропривода моталок, простейший вариант.

Устройство содержит левую 1 и правую

2 моталки через свои редукторы 3 и 4, соединенные с валами якорей 5 и 6 двигателей постоянного тока, обмотки возбуждения 7 и 8 которых соответственно подключены к регулируемым блокам питания 9 и 10, выполненным в виде, например усилителей. Обмотки якорей 5 и 6 двигателей Mоталок и энергоотбираюший элемент 11, например резистор, образуют последовательную цепь, которая подключена к выпрямителю 12, включенному на выходе трехфазного индуктивно-емкостного источника тока 13, питающегося от трехфазной сети А, В и С, Элемент 14 выполнен в виде технологического устройства, предназначенного для обработки из-

45 ся постоянным по величине током I =СО" р и что обеспечивается благодаря выпрямлению токов нагрузки трехфазного индуктивноемкостного источника тока 13. Портому имеется воэможность формировать.: электромагнитные моменты М и М двн5 6 гателей моталок, изменяя их потоки возбуждения. Если считать, что магнитные системы двигателей не насыщены, т. е. справедлива линейная зависимость между их потоками и токами возбуждения, обусловливаемая коэффициентом пропорциональности К, и обозначить коэффициент усиления блоков питания 9 и 10 через I( э то электромагнитные моменты двигателей с учетом знаков действия сигналов управления и компенсации моментов механических потерь определяется в общем виде как

Н,=К К К,1, х„,„„ " „,„„Х,ц, „) (1) делия, либо устройства, контролирующего его параметры.

Управляющие входы блоков питания 9 и

10 соединены с выходами блоков 15 и 16, 17 и 18 соответственно, которые формируют сигналы управления электроприводом моталок, например, с помощью сигналов 19

;и 20,-поступающих от измерителей 21 и

22, контролирующих радиусы бунтов мота-!

О лок. Третьи управляющие входы блоков питания 9 и 10 соединены с выходами блока 23, формирующего сигналы компенсации, моментов механических потерь в кинемати: ческих цепях и двигателях моталок. Блоки

15 17 и 18 соединены с выходом блока сраа пения 24, входы которого соединены с элементом 25 задания скорости и элементом 26 контроля скорости движения изделия), Работу электропривода моталок проще

20 всего-рассмотреть для случая, когда рав ны силы,натяжения изделия « и 1 2, а также равйц.динейные сКорости его перемешения Q и- V< .у,певой 1 и правой

2 моталок соответственно, т. е. при Г =

=Г -F и V Ч =Ч . Это возможна

2 1.: 2. если элемент 14 выполнен р виде технологического устройства, обрабатывающего изделие без механического воздействия на него, либо устройства, контролирующего параметры изделия. При этом будем полагать, что двигатели, блоки питания их обмоток возбуждения, редукторы, барабаны и другие элементы кинематических цепей моталок одинаковы, Uena якорей 5 и 6 двигателей моталок и энергоотбираюший элемент 11 обтекают49233О

М6 К Kg К) $g (X щ ХНУ,Я V Вьзх.23) ю где К - конструктивный коэффициент двигателей моталок;

Х,Х,;Х иХ вых 15 вых 16 вых17 вых18 — сигналы управдения на выходе блоков

15, 16, 17 и 18 соответетввнно;

Х вЂ” сигнал компенсации момента 10 вых 23 механических потерь в кинематической цепи и двигателе моталки на выходе блока 23, верхние знаки при котором справедливы, когда левая моталка 1 наматывает изде15 лие, а нижние знаки — когда она его разматы» вает.

Блок 15 (см. фиг. 2) формирует сигнал натяжения Х 15 величина которого вых 15 пропорциональна радиусу D бунта левой 20

/1 моталки 1, Если коэффициент пропорциональности сигнала натяжения обозначить

К, то получим равенство н

Х =К P„(3) 25

И (— „,) = — кк,к,к,I„, 1 (12) а компенсация момента механических потерь

40 М в кинематической цепи и двигателе каждоЪ из моталок обеспечивается, если (g) П КК КУ 16 Х8ых Д (И)

Фактические величины силы натяжения изделиЯ F и его УскоРениЯ обуслов

av

45 dt ливаются следующей системой уравнений ф6)движения электропривода моталок:

)\

Р1 I6 ЙЧ

n y дt

5Р 5

И в которой верхние знаки — при наматывании изделия, а нижние — при его разматывании на левой моталке 1. Отсюда фактическая величина силы натяжения изделия F onpe60 делится зависимостью — I

Х вых24

На фиг. 2, где t) — радиус барабана моталки, показано текущее значение

Х = Х . Для правой моталки 2, вых15 н1 радиус бунта которой равен P, аналоЕ гичный сигнал натяжения формируется блоком 16: вых16 н Р2 ®

Блоки 17 и 18 (см, фиг. 3) формируют сигналы движения для левой и правой моталок соответственно согласно уравнениям 1

I)

X =х Х, гдеХ =К вых 17 „> вых 24 д1 д

Х

Дв2

6 Х вЂ” Х Х где Х =К вых18 огр вых24 д2 д

2 где К вЂ” коэффициент пропорциональнод сти сигналов движения;

7 н I — суммарные моменты инере ции кинематических цепей и двигателей левой и правой моталок соответственно, приведенные к валам якорей 5 и 6;

Х вЂ” сигнал на выходе блока сраввых 24 (пения 24;

Х вЂ” наибольшая величина сигнала огр

Ограничение значений положительных и отрицательных сигналов на выходе блока сравнения 24 на одинаковом уровне (см. фиг. 4) позволяет обеспечить подобное протекание переходных процесоов при пазгоне и торможении электропривода. ХаракГ теристики блока сравнения 24 могут быть выражены следующими равенствами:

X огр.

Х вых.24 Х о

Х при -Х4Х (X,;ô}

) I вых.24 огр, вР вх.24 о (8) вых.24 огр. Р вх 24 (9) Входным сигналом Х ., 4 блока сравневх 24 ния 24 является разница между сигналом

Х на выходе элемента 25 задания вых 25 скорости и сигналом X на выходе вых 26 блока 26 ее контроля, т. е. будет справедливо равенство

Х = X — Х вх 24 вых 25 вых 26 (1 0)

Заданные значения силы натяжения изделия гавр и его ускорения f 1 для Д1 /) предлагаемого электропривода определяются соотношениями:

Fy =-é К К Кули?Ц

Р2 6р=Мц+ Мп )- И 2 6 ЙЧ

492330

7 а а 4 и 2 (x)+ r )="CM)p i "вр z,1

И,,=)т — — r(— )

Р1 х

У /2 P dt ) и -Р1 И б п р Б жений: E

)r5p=M)+ rr ()

5 р, )К

М т,) = И т - —, rr (— ) Р, >g dv 2

Их ИF31

Г

Ракия образо) ), если моталки находят-,,("(-,= l1 — — И (сн в неlloi!BIIIKIIDI I свстонннн II нвнвнв внв 9) p pl

При выполнении условия (13) в предла гаемом электроприводе моталок согласно. выражениям (1) и (2) формируются,величи ны у вых15 вых17

)т

Ь

6Р У < вых.16 вых.l8) @ после постановки которых в зависимость (14) с учетом уравнений (3)-(6) и соотношения (11) найдем, что при любых значениях сигнала X на выходе блока вых 24 сравнения Г = F, т. е. фактическая величина силы натяжения изделия Равна ее, заданному значению как в установившихся, ® так и в переходных процессах при разгоне и торможении.

Наглядно представить работу электропривода можно, если рассмотреть совмещенные механические характеристики двигате лей моталок (см. фиг. 6), где Оо - угло5 вая частота вращения вала двигателя л - .

fJ06Ï H М П -угловая частота вращения вала двигателя правой моталки М и момент М, приведенные ьр к валу двигателя левой моталки по соотношениям: г

35 so

Если Х 25> Х вых вых 26 причем с огласн о равенству (10) величина Х > Х, то вх 24 О* справедливо равенство (8). Тогда по величинам (15) н (16) с учетом уравнений (3)-(6), соотношений (11), (12) и (17) получим следующие уравнения дви8 чение Х,. >(X 6+Х ), осуществвых 25 вых26 О ляетса пуск электропривода в направлении, при котором левая моталка 1 наматывает изделие, а правая 2 его разматывает. Этсн му режиму соответствуют участки механических характеристик АВ для двигатела левой моталки и CD для двигателя

1правой моталки, если пслагать, что вели) / 5 6

1 2 ных процессах практически не изменяются (см. фиг. 5). Величина Х достигает вых 26 значения Х . =(Х вЂ” Х ) при вых 26 (вых 25 О (5 6П (Уй " 2

I вых 26 при которых - ХО4 Х 24 ХО справед ливо равенство (7),.по величинам (15) и (16), если учесть уравнения (3)-(6) и соотношения (11), (12) и (17), найдем уравнения движения

И откуда следует, что М = М вЂ” М

5Р 6РН т. е. достигается установившийся режим работы электропривода, при Х, = О, в.х. 24 что согласно равенству (10) выпопняется,когда Х . =Х . Для расвь)х,26 вых.2 5 сматриваемого пуска электропривод)) при X -= Х режиму ра оты по уравнениям (18) и (19) сомветству-. ют участки механических характеристик

BG для двигателя левой моталки и DQ для двигателя правой моталки, а ycr )íîâèüшййся режим Работы достигается в точке !

С при 03> = 43<< — Ш ) когда Х

l вых 26

=Х вых. 25

Если затем необходимо уменьшить скс рость перемещения изделия до значения, которому соответствует 4), <

)(I уст per ° н Ф задас.тса величина Х . <Х вых 25 вых 25, Р . — Х, (-Х справедливо их вых вых,2 6 О равенство (И) и следуюши» уравнения движения:.9

492330

lO боты электропривода обеспечивается благодаря компенсации моментов механических потерь в кинематических цепях и двигателях моталак и пропорциональности сигналов натяжения радиусам бунтов.

Из соотношений (11) и (12) следует, что задаваемые значения силы натяжения изделия и его ускорение при переходных процессах могут регулироваться изменени1ф ем величины тока 1, протекающего в якорных цепях двигателей моталок, если применить регулируемый индуктивно-емкостной источник тока 13. При этом соблюдение условия компенсации момента мехаИ нических потерь в кинематической цепи и двигателе каждой из моталок может быть обеспечено согласно уравнению (13) соответствующим изменением величины сигнала Х вых.23

Энергоотбираюший элемент 11, например резистор, предназначен для обеспечения нормального режима работы выпрямителя 12, в11иолненного по трехфазной л1остовой схема, при торможении электроиривода, когда алгебраическая сумма напряг ений на якорных цепях двигателей могилок совпадает по направлению с током 1, Как элемент 25 задания скорости двиЗО жения изделия может использоваться источник напряжения, например иотенциометр, и элемент 26 контроля этой скорости может быть выполнен для простоты в виде датчи- ка напряжения на якорной цепи одиого из

З5 двигателей моталок. Если контролируется напряжение на якоре 5 двигателя левой мотни, т. е. U5 =I Гя+КК К (Х ь у вых, вых.17 23 5 де Я активное сопротивление якоря двигателя и которым соответствуют участки механиче ских характеристик НК для двигателя левой моталки и 1 N . для двигателя правой моталки. Величина Х уменьвьа 26 шается до значения Х = (Х, +

П вых,26 ных Д5

Хо) при Щ5™6П™. Далее для з-чений

Х,, при которых — Х «X / « О вых26 О вх 24 справедливы уравнения движения (18) и (19), которым соответствуют участки механических характеристик KP для двигателя левой моталки и N P для двигателя правой моталки. Установившийся режим . работы достигается в точке P при й) = . ll ю

=(й = Я, когда Х = Х

6П ст вых.26 вых 25

Аналогично осуществляется торможение электропривода до М6=Ш6п=Ы„ т= О. т. е. его >останов.

Для пуска электропривода в направлении, при котором левая моталка 1 разматывает издеиие, а правая 2 его наматывает, изменяется знак сигнала компенсации моментов механических потерь и задается Х = Х" а(Х вых.2 5 вых,2 5 вых 26 — Х ). Тогда Х, < -Х и справедливы, вх.24 О уравнения движения (20) и (,21), которым . на фиг. 5 соответствуют участки механических характеристик Ц $. для двигателя левой моталки и TQ(для двигателя правой моталки. При этом абсолютная величина отрицательного сигнала Х увеличивых,26 вается и достигает значения Х вых 26

=(Х, + Х ) при М>-120 =43 . Для вых, 25 О 6П Ь значений X 2., при которых -Х вых 26 О (Х, <0, справедливы уравнения двивх.24 женин (18) и (19), поэтому двигатель левой моталки разгоняется ио Я, а двигатель правой моталки — по Ц/ (Установившийся режим работы достигается а Xu 1Ke (nPiS «:,= 1 6П= 1 и! уст

Х,, =Х вых,26 вых 2 5

Таким образом, в иредлагаел>ом элекюроириводе обеспечивается подобное протекание переходных процессов при разгоне и торможении с заданной силой натяжения изделия и заданным ускорением независимо от направления движения изделия. Точ, ность поддержания заданной силы натяже .ния изделия в установившихся режимах раPt Хя 1

:NZP>=F12 — — И(11 ) ) (21)

2 И.

<= — ЙЧ О Х 23 О, когда лм ая мо1

5 р вых.23

1 талка наматывает изделие, то с учетом уравнений (3) и (5) найдем, что т, е. чем больше скорость движеиия

5Q изделия Q тем. больше контролируемое напряжение. Из выражения (22) следует, что наличие при переходных процессах переменного по величине сигнала Х вых.2 4

55 обусловит некоторую нелинейность соотие1ствуюших участков механических характеристик двигателей моталок, а ири усти1ивившихся режимах работы, когда Х вых.2 4

= О, определенное изменение U6 а иоЮ

6 °

60 тому и скорости движения изделия V

49 2330

1( обусловятся i изменением радиуса бунта мэталки Р

Для формирования сигналов натяжения и движения могут быть использованы регу5 лируемые от измерителей радиусов бунтов моталок резисторы, сельсины, поворотные трансформаторы и другие устройства питания 9 и 10 обмоток возбуждения двигателей моталок выполнены в виде магнитных усилителей, обмотки управления которых

27 и 28, 29 и 30, 31 и 32, используются для заведения сигналов натяжения, сигналов движения, сигналов компенсации момен» том механических потерь в кинематических цепях и двигателях,моталок, соответственно (см. фиг. 6). Таким образом, управляющими входами блоков питания 9 и 10 служат зажимы обмоток управления 27, 29, 31 и 28, 30, 32, а указанными сит налами являются токи, протекающие по этим обмоткам, Сигналы натяжения для левой и правой моталок формируются с помощью регулируembus резисторов 33 и 34 соответственно, образующих с обмотками управления 27 и

28 последовательные цепи, включенные параллельно стабилитрону 35, который

; через балластный резистор 36 подключен к источнику постоянного напряжения. Выполнение зависимостей (3) и (4) достига;ется в результате регулирования величин сопротивлений резисторов 33 и 34 сигналами 19 и 20, поступающими эт измерителей 21 и 22 радиусов бунтов, 35

Сигналы движения формируются с помощью регулируемых резисторов 37 и 38, образующих с обмотками управления 29 и

30 последовательные цепи, которые подключены параллельно цепи из встречно вккюченных стабилитронов 39 и 40 и включены последовательно с пэтенциомеч ром 41, питающимся от источника напряжения через контактный мост 42, и резистором 43 между зажимами якорной цепи 45 двигателя левой моталки.

Зависимости (5) и (6) выполнимы также при регулировании величин сопротивлений резисторов 37 и 38 сигналами 19 и

20.

Для кэлшенсации момента механических потерь в кинематической цепи и двигателе каждой из мэталок используются обмотки ! управления 31 и 32, включенные с регу лируемым резистором 44 в последователь- 55 ную цепь, питаемую от источника напряжения через контактный мост 42.

Напряжение Q, снимаемое с по тенци эм етра 41, являющегося элементом задания скорости движения изделия, срав- . 60

12 нивается через элементы 39, 40 и 43, образующие блок сравнения, с напряжением

U по формуле (22), на якоре 5 двигателя левой моталки. Поэтому для схемы на фиг.6 величины Х = U -U„; X вх,24

"ст Сл +® () т - P orp ,бочве напряжение стабилитронов 39 и 40, которые одинаковы для обеспечешя сим метричной характеристики блока сравнения, как показано на фиг. 4, Благодаря этому обеспечивается подобное протекание переходных процессов при разгоне и торможении электропривода. Необходимо отметить,. также, что для схемы на фиг, 6 участки механических двигателей моталок, для которых справедливы уравнения движения (18) и (19), обладают определенной нелинейностью в результате зависимости по формуле (22) напряжения U от величи- ны изменяющегося при этом сигнала

Х,„. Кроме того, как следует из фэрвых,2 4 мулы (22) в установившихся режимах работы электропривода будет проявляться некоторая зависимость скорости движения изделия от величины радиуса бунта левой м оталки.

Предмет изобретения

1. Электропривод моталок при смоткеразмотке, содержащий электродвигатели постоянного тока, якорные цепи которых соединены последэвательно и при помощи энергоэтбирающего элемента, например резистора, подключены к выпрямителю, вход

:которого подсоединен к выходу трехфазного индуктивно-емкостного источника тока, а обмотки возбуждения двигателей подклю- чены к регулируемым блокам питания, один из управляющих входов каждого из которых сэединнн с блоком, формирующим сигнал

,натяжения, пропорциональный радиусу бунта соответствующей моталки, о т л и ч а:ю шийся тем, что, с целью повышения точности поддержания натяжения изделия на заданном уровне при переходных и установившихся процессах второй из управляющих входов каждого из блоков питания соединен с блоком, формирующим сигнал движения, пропорциональный необходимому для изменения скорости движе ния изделия динамическому моменту, н связанным с блоком сравнения, входы которого соединены с элементами задания и контроля скорости движения изделия, а также содержащим элементы ограничения положительных и отрицательных сигналов

492330,13 на выходе, а третий из управляющих входов каждого из блоков питания соединен с блоком, формирующим сигналы компенсации моментов механических потерь в кинематических цепях и двигателях моталок.

2. Электропривод по п. 1, о т л ич а ю ш и и с я тем, что элемент задания скорости движения изделия выполнен в виде источника напряжения, а элемент контроля этой скорости — в виде датчика напряжения на якорной цепи одного из двигателей моталок.

3. Электропривод по пп. 1 и 2, о т л ич а ю шийся тем, что блоки питания выполнены в виде магнитных усилителей, зажимы обмоток управления которых служат их управляющими входами, блоки, формирующие сигналы натяжения, и блоки, формирующие сигналы движения, выполнены в виде последовательных цепей, образованных регулируемыми от соответствующих измерителей радиусов бунтов моталок

14 резисторами и включенных последователь — но с обмотками управления магнитных усилителей, причем цепи, формирующие сигналы натяжения, подсоединены параллельно к источнику стабилизированного напряжения, а цепи, формирующие сигналы движения, подсоединены параллельно к последовательной цени встречно включенных стабилитронов и включены последэва10 тельно с источником напряжения, являющимся элементом задания скорости движения изделия, и резистором между зажимами якорной цепи одного из двигателей мэталэк, а блок, формирующий сигналы

15 компенсации моментов механических потерь в кинематических цепях и двигателях мэталок, выполнен в виде пэс=ледэвательной цепи, образованной регулируемым резистором и источником напряжения и

20 включенной последовательно с обмотками управления усилителей, зажимы которых служат третьими из управляющих входы блоков питания.