Помощь студентам в учебе
Электропривод механизма подачи стана холодной прокатки труб с синхронной реактивной машиной независимого возбуждения
|
АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА К
ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ПОДАЧИ СТАНА ХПТ 8
1.1 Особенности технологического процесса получения тонкостенных труб
методом холодной прокатки 8
1.2 Скоростные и нагрузочные режимы работы электропривода стана
ХПТ 11
1.3 Связь показателей регулирования электропривода с качеством проката
трубы 14
1.4 Оценка предельных показателей регулирования в системе электропривода с
непосредственными преобразователями частоты 18
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЛЕКСА «ЭЛЕКТРОПРИВОД -
СТАН ХПТ» 25
2.1 Основные допущения, принятые для разрабатываемой математической
модели 25
2.2 Обобщенная математическая модель комплекса “Электропривод -
стан ХПТ” 26
2.2.1 Модель электромеханического преобразователя 27
2.2.2 Модель полупроводникового преобразователя 37
2.2.3 Модель электропривода механизма подачи 38
2.2.4 Модель главного электропривода прокатной клети 40
2.3 Учет влияния главного электропривода на работу привода подачи 44
2.4 Уточнение формы фазного тока ЭМП 45
3 СИНТЕЗ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 48
3.1 Общая методика выбора силового оборудования и законов управления
электропривода подачи 48
3.2 Оптимальная траектория движения электропривода подачи 50
3.2.1 Постановка задачи оптимизации 50
3.2.2 Оптимальная кривая по критерию минимума потерь 52
3.2.3 Оптимальная кривая переходных процессов в электроприводе подачи с
учетом работы главного привода прокатной клети 56
3.3 Параметрическая оптимизация электропривода подачи 58
3.3.1 Постановка задачи параметрической оптимизации 58
3.3.2 Выбор оптимального передаточного числа редуктора 59
3.3.3 Учет ограничений, обусловленных нагревом двигателя 60
3.3.4 Оптимизация геометрии электрической машины по критерию минимума
перерегулирования 63
3.4 Оценка величины перерегулирования о с учетом дискретного режима
работы электропривода 64
3.4.1 Уточнение параметров силового оборудования при работе
электропривода на пониженных скоростях 64
3.4.2 Выбор числа пар полюсов машины 68
3.4.3 Оценка потерь, обусловленных зубцовыми пульсациями момента 70
4 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С МАКСИМАЛЬНЫМ БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ КОНТУРА МОМЕНТА 74
4.1 Синтез структуры и параметров КРМ 74
4.1.1 Постановка задачи синтеза КРМ 74
4.1.2 Выбор упрощенной математической модели 76
4.1.3 Выбор структуры управления по принятой системе критериев 79
4.1.4 Синтез параметров корректирующих связей КРМ 91
4.2 Сопоставление показателей регулирования в структурах с подчиненным и модальным управлением 93
4.2.1 Особенности синтеза структур управления с подчиненным регулированием
координат 94
4.2.2 Особенности синтеза структур управления с модальным
управлением 95
4.2.3 Анализ показателей регулирования в схемах с подчиненным
регулированием и модальным управлением 99
4.3 Синтез корректирующих связей системы управления электроприводом,
работающим при повышенных скоростях 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА К
ЭЛЕКТРОПРИВОДУ ПОДАЧИ СТАНА ХПТ 8
1.1 Особенности технологического процесса получения тонкостенных труб
методом холодной прокатки 8
1.2 Скоростные и нагрузочные режимы работы электропривода стана
ХПТ 11
1.3 Связь показателей регулирования электропривода с качеством проката
трубы 14
1.4 Оценка предельных показателей регулирования в системе электропривода с
непосредственными преобразователями частоты 18
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЛЕКСА «ЭЛЕКТРОПРИВОД -
СТАН ХПТ» 25
2.1 Основные допущения, принятые для разрабатываемой математической
модели 25
2.2 Обобщенная математическая модель комплекса “Электропривод -
стан ХПТ” 26
2.2.1 Модель электромеханического преобразователя 27
2.2.2 Модель полупроводникового преобразователя 37
2.2.3 Модель электропривода механизма подачи 38
2.2.4 Модель главного электропривода прокатной клети 40
2.3 Учет влияния главного электропривода на работу привода подачи 44
2.4 Уточнение формы фазного тока ЭМП 45
3 СИНТЕЗ СИЛОВОЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА 48
3.1 Общая методика выбора силового оборудования и законов управления
электропривода подачи 48
3.2 Оптимальная траектория движения электропривода подачи 50
3.2.1 Постановка задачи оптимизации 50
3.2.2 Оптимальная кривая по критерию минимума потерь 52
3.2.3 Оптимальная кривая переходных процессов в электроприводе подачи с
учетом работы главного привода прокатной клети 56
3.3 Параметрическая оптимизация электропривода подачи 58
3.3.1 Постановка задачи параметрической оптимизации 58
3.3.2 Выбор оптимального передаточного числа редуктора 59
3.3.3 Учет ограничений, обусловленных нагревом двигателя 60
3.3.4 Оптимизация геометрии электрической машины по критерию минимума
перерегулирования 63
3.4 Оценка величины перерегулирования о с учетом дискретного режима
работы электропривода 64
3.4.1 Уточнение параметров силового оборудования при работе
электропривода на пониженных скоростях 64
3.4.2 Выбор числа пар полюсов машины 68
3.4.3 Оценка потерь, обусловленных зубцовыми пульсациями момента 70
4 СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ С МАКСИМАЛЬНЫМ БЫСТРОДЕЙСТВИЕМ КОНТУРА МОМЕНТА 74
4.1 Синтез структуры и параметров КРМ 74
4.1.1 Постановка задачи синтеза КРМ 74
4.1.2 Выбор упрощенной математической модели 76
4.1.3 Выбор структуры управления по принятой системе критериев 79
4.1.4 Синтез параметров корректирующих связей КРМ 91
4.2 Сопоставление показателей регулирования в структурах с подчиненным и модальным управлением 93
4.2.1 Особенности синтеза структур управления с подчиненным регулированием
координат 94
4.2.2 Особенности синтеза структур управления с модальным
управлением 95
4.2.3 Анализ показателей регулирования в схемах с подчиненным
регулированием и модальным управлением 99
4.3 Синтез корректирующих связей системы управления электроприводом,
работающим при повышенных скоростях 100
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 104
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 105
В различных отраслях промышленности (авиационной, атомной и др.) на сегодняшний день достаточно высока потребность в изготовлении сверхтонких труб. Эту потребность невозможно удовлетворить при горячей прокатке, ведь при этом виде обработки сверхтонкие трубы создать невозможно. При холодной прокатке нужные заготовки не теряют прочности, поэтому в производстве они используются чаще. Следующее совершенствование технического процесса изготовления сверхтонких труб несомненно приведёт к увеличению производительности и снижению затрат при изготовлении продукции.
В ходе изучения станов холодной прокатки было выяснено, что механизм подачи, к которому выставлены высокие требования по качеству позиционирования и максимальному быстродействию, является важнейшим элементом. Выполнить данные требования позволит комплексный подход к усовершенствованию системы. На работу системы влияние оказывает каждый узел электропривода (электродвигатель, рабочий орган, силовой преобразователь, механический преобразователь и система управления). К примеру, использование несинусоидальных токов, а так же развитие полупроводниковой техники для возбуждения многофазных машин позволяет при простоте конструкции машины повысить нагрузки по моменту.
На основе вышесказанного можно сделать вывод, что можно добиться высоких показателей качества трубы и уменьшить её разнотолщинность, улучшив все этапы обработки.
Научно-техническая задача дипломного проекта - создание электропривода, который позволит повысить качество трубы.
Объект исследования - синхронный реактивный электропривод независимого возбуждения.
Предмет исследования - переходные процессы в контурах скорости и момента при использовании в качестве электромеханического преобразователя синхронной реактивной машины с различными способами управления.
Необходимо разработать электропривод стана ХПТ с улучшенными показателями позиционирования рабочего механизма с высоким быстродействием на основании заданных технологических требований.
Для этого необходимо:
- проанализировать требования технологического процесса к электроприводу подачи стана холодной прокатки труб;
- разработать математическую модель «электропривод - стан ХПТ»;
- выполнить синтез силовой части электропривода;
- произвести синтез системы управления с максимальным быстродействием по контуру момента.
В ходе изучения станов холодной прокатки было выяснено, что механизм подачи, к которому выставлены высокие требования по качеству позиционирования и максимальному быстродействию, является важнейшим элементом. Выполнить данные требования позволит комплексный подход к усовершенствованию системы. На работу системы влияние оказывает каждый узел электропривода (электродвигатель, рабочий орган, силовой преобразователь, механический преобразователь и система управления). К примеру, использование несинусоидальных токов, а так же развитие полупроводниковой техники для возбуждения многофазных машин позволяет при простоте конструкции машины повысить нагрузки по моменту.
На основе вышесказанного можно сделать вывод, что можно добиться высоких показателей качества трубы и уменьшить её разнотолщинность, улучшив все этапы обработки.
Научно-техническая задача дипломного проекта - создание электропривода, который позволит повысить качество трубы.
Объект исследования - синхронный реактивный электропривод независимого возбуждения.
Предмет исследования - переходные процессы в контурах скорости и момента при использовании в качестве электромеханического преобразователя синхронной реактивной машины с различными способами управления.
Необходимо разработать электропривод стана ХПТ с улучшенными показателями позиционирования рабочего механизма с высоким быстродействием на основании заданных технологических требований.
Для этого необходимо:
- проанализировать требования технологического процесса к электроприводу подачи стана холодной прокатки труб;
- разработать математическую модель «электропривод - стан ХПТ»;
- выполнить синтез силовой части электропривода;
- произвести синтез системы управления с максимальным быстродействием по контуру момента.
В результате выпускной квалификационной работы были рассмотрены способы повышения точностных показателей электропривода подачи стана ХПТ.
Для представления способов улучшение показателей была разработана математическая модель стана ХПТ. Электропривод представлял собой систему с распределенными параметрами, учитывающие влияние работы главного привода на механизм подачи. Преобразователь частоты аппроксимирован непрерывным динамическим звеном. Сравнение расчётных и реальных данных показало, что эта модель адекватна.
Исследование влияния главного привода на работу механизма подачи показало, что уменьшение быстродействия контура скорости главного привода приводит к нагреву привода подачи.
Рассмотрен метод выбора силового электротехнического оборудования и законов управления электроприводом подачи стана ХПТ. В этом методе привод рассматривается как многосвязная система и по критерию минимума ошибки позиционирования необходимо определить отношения частот среза контура регулирования момент и «неизменяемой» части. Для рассматриваемой системы рекомендуется использовать систему подчиненного регулирования при частотах среза «неизменяемой» части шС = 10- 25 рад/с и КРМ шКРМ = 50- 500 рад/с.
В качестве электромеханического преобразователя рекомендуется использовать синхронную реактивную машину независимого возбуждения, поскольку в такой машине большие значения отношения М/J и в случае перегрузок обеспечивается линейность моментных характеристик.
Для представления способов улучшение показателей была разработана математическая модель стана ХПТ. Электропривод представлял собой систему с распределенными параметрами, учитывающие влияние работы главного привода на механизм подачи. Преобразователь частоты аппроксимирован непрерывным динамическим звеном. Сравнение расчётных и реальных данных показало, что эта модель адекватна.
Исследование влияния главного привода на работу механизма подачи показало, что уменьшение быстродействия контура скорости главного привода приводит к нагреву привода подачи.
Рассмотрен метод выбора силового электротехнического оборудования и законов управления электроприводом подачи стана ХПТ. В этом методе привод рассматривается как многосвязная система и по критерию минимума ошибки позиционирования необходимо определить отношения частот среза контура регулирования момент и «неизменяемой» части. Для рассматриваемой системы рекомендуется использовать систему подчиненного регулирования при частотах среза «неизменяемой» части шС = 10- 25 рад/с и КРМ шКРМ = 50- 500 рад/с.
В качестве электромеханического преобразователя рекомендуется использовать синхронную реактивную машину независимого возбуждения, поскольку в такой машине большие значения отношения М/J и в случае перегрузок обеспечивается линейность моментных характеристик.