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12m可控冷轧机可控硅励磁供电系统的改造 1 发电机励磁控制系统 钢筋冷压厂1.2m冷辊是20世纪50年代的苏联设备。由于设备的老化和技术落后，左卷、右卷和后卷的张力管理系统被改造，主缸的励磁装置由北京自动化研究院设计，西蒙格尔曼系统。故障后，机器的励磁装置采用了西蒙格尔姆-德国标准表，主缸的传输和压下传递仍由“-”装置供电。 2 功能描述 2.1 低电镜下的强磁创造 发电机励磁供电调节系统采用的是“四环”控制方式,如图1所示。从外环到内环依次为:速度环、电枢电流环、电枢电压环、励磁电压环、速度环和电流环。对电枢电压环来说 除了对电枢电压的调节作用外,它还有两点特殊性:一是由于励磁供电系统的电磁时间常数较大,为了提高快速性,系统要快速的产生强磁信号,即对于前两个环节的调节作用要产生较快速的反应,所以此环节的比例系数要调得比较大;另一个作用是消剩磁,即消除电机爬速,由于在停车时,电枢电压环和励磁电压环是不封锁的,所以电枢电压环的给定是零,只有电枢电压(剩磁电压)反馈信号存在,由电压调节器输出一个推移信号,最终才能够将剩磁电压调节至零伏。这里需要注意的一个问题是电压反馈量一定要够,但又不能一味地提高电压反馈,为此设计了一个改变电压反馈系数的环节。当停车时,由继电器联锁节点将电压隔离变换的输入电阻降低一部分,提高反馈量,从而可有效地消除剩磁电压,最内环是励磁电压环,它的主要作用是产生强磁,由于此控制系统间接控制励磁电流,它靠励磁电压的快速正、负向切换来使励磁电流快速改变,所以此环节的固有放大系数需要很大。 此外本系统还设置了“开车、停车逻辑”电路和“无环流逻辑”控制电路,以此作为对调节的封锁或调节器控制和正、反向切换的控制。 2.2 磁场电流调节器pf 电动机励磁部分采用的是西门子公司设计的SIMOREG-K控制箱。本系统调节采用基速以下调压和基速以上调磁的复合张力调节方法,即“最大力矩法”,基速以下为额定磁通,当电枢电压增加到使电动机反电势E达到额定电势的90%～95%时,开始进行弱磁升速。电势反馈与励磁电流反馈共用一个比例调节器,为了使两种反馈互相不受影响,起到各自的作用,在该系统中采用了由二级管D1和D2组成的最大选择器,它只允许电势反馈和励磁反馈中最大的一个通过,起反馈作用,而把最小的那个锁住不起反馈作用。当达到基速时,弱磁升速开始,因为反电势E已经大于电势给定值,磁场电流调节通道封锁,磁场电流调节器从保持磁场恒定切换到保持电势恒定,而且这时|Ef|E*。磁场调节器的输出减小,通过触发器控制SCR整流器使励磁电流下降,以使电势E保持不变,进行弱磁升速。该过程一直进行到转速达到给定的最大转速时为止。 2.3 程序控制器 1.2m轧机配置一台S5—155U可编程序控制器,用来完成速度设定、张力电流设定、动态电流计算、卷径计算、自动减速、断板保护和操作控制、集中故障显示等功能。 (1) 卷取机转速随卷径的变化 由PLC给出5%点动态速度设定,10%的附加速度设定,当选张力时,使速度调节器饱和,以满足张力控制。0%～100%轧制速度设定,开卷侧不给出速度设定,其卷取的速度分配值取决于主轧机的速度和卷取机的卷径。设机组线速度为: v=πD主60i主nv=πD主60i主n主 式中:v——机组线速度,m/s; D主——主轧机工作辊辊径,m; n主——主轧机转速,r/min; i主——主轧机传动比。 忽略卷取的前滑量,卷取的速度给定值应满足v=πD卷60i卷nv=πD卷60i卷n卷=πD主60i主n=πD主60i主n主,即 n卷=i卷i主D=i卷i主D主n主D卷=kn主D卷n主D卷=kn主D卷 式中k=i卷i主Dk=i卷i主D主,取vmax=12.5m/s,D主=370mm,则n主=660r/min,i主=1.02,i卷=3.56。 卷取机转速随卷径变化曲线如图2所示。 因为在卷取机张力的作用下,带钢产生变形,长度增加,被拉伸的长度称为前滑量,所以要保证卷取机与主轧机速度同步,卷取机的速度给定还要考虑2%的前滑补偿量,这个量合并到附加速度给定里考虑。 (2) 卷取机磁通量的变化规律 卷取(开卷)机的控制目标是保持带钢张力的恒定(忽略摩擦力矩和弯曲力矩),为了保证张力T恒定,电动机应该提供与卷径D成正比的张力力矩,则作用在带钢上的张力转矩应满足下式: ΜE=ΤD21i=CΜΦΙΤME=TD21i=CMΦIT(1) ΙΤ=12iCΜDΦΤ=k1DΦΤIT=12iCMDΦT=k1DΦT(2) 式中:MT——张力转矩,N·m; T——带钢张力,N; D——卷径,m; i——传动比; IT——张力电流,A。 为了保持张力T恒定,取张力电流IT与D/Φ成正比,磁通量的变化完全取决于转速,与卷径无关,即在基速以下,电动机保持额定磁通,I随D而变化,可以