Многодвигательный электропривод по системе ПЧ-АД перемоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат наук Моисеев, Владимир Олегович

• Моисеев, Владимир Олегович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Моисеев, Владимир Олегович

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Глава 1. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЕРЕМОТОЧНОГО УСТРОЙСТВА

АГРЕГАТА БРОНЗИРОВАНИЯ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ

1.1 Описание технологического процесса производства бронзированной проволоки

1.2 Обзор существующих систем электроприводов перемоточных устройств

1.3 Требования, предъявляемые к перемоточным устройствам стальной проволоки

1.4 Основные причины выхода из строя оборудования и образования брака продукции

1.5 Анализ энергетических режимов работы перемоточных устройств

1.6 Выводы. Постановка задачи исследования

Глава 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПО СИСТЕМЕ ПЧ-АД ПЕРЕМОТОЧНОГО УСТРОЙСТВА...(59)

2.1 Разработка статической математической модели электропривода перемоточного устройства по системе ПЧ-АД агрегата бронзирования

2.1.1 Нагрузочная диаграмма и тахограмма работы электропривода перемоточного устройства

2.1.2 Разработка статической математической модели системы ПЧ-АД со скалярным управлением

2.1.3 Разработка и исследование тепловой модели АД с КЗР

2.2 Разработка динамической модели перемоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки

2.3 Выводы

Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМОТОЧНОГО УСТРОЙСТВА НА РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛЩ114)

3.1 Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства

3.1.1 Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства в статических режимах работы

3.1.2 Методика расчета предельных механических характеристик АД с КЗР

3.1.3 Исследование работы однодвигательного перемоточного устройства в динамических режимах работы

3.2 Исследование работы двухдвигательного перемоточного устройства

3.2.1 Исследование работы двухдвигательного перемоточного устройства в статических режимах работы

3.2.2 Исследование работы двухдвигательного перемоточного устройства в динамических режимах работы

3.3 Выводы

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МНОГО ДВИГАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ПЕРЕМОТОЧНОГО УСТРОЙСТВА СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ И ТЕПЛОВОЙ МОДЕЛИ АД С КЗР

4.1 Экспериментальное исследование разработанной тепловой модели

АДсКЗР

4.2 Экспериментальное исследование двухдвигательного электропривода перемоточного устройства с «пассивной размоткой»

4.3 Перспективы развития автоматизированных электроприводов перемоточных устройств»

4.3.1 Система «Ведущий-Ведомый» на базе преобразователей частоты ACS 800

4.3.2 Система «Ведущий-Ведомый» на базе преобразователей частоты Unidrive SP и Commander SK

4.3.3 Система «Ведущий-Ведомый» на базе преобразователей частоты Commander SK и ПЛК

4.4 Выводы

Заключение

Литература

Приложение

Приложение П1

Приложение П2

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многодвигательный электропривод по системе ПЧ-АД перемоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Стальная проволока является одним из основных видов продукции выпускаемой метизной промышленностью Российской Федерации, поскольку она служит исходным материалом для изготовления канатов, металлокорда, плющенной ленты, болтов, гаек, заклепок, пружин, гвоздей, шурупов, сеток и других изделий, широко используемых во всех отраслях народного хозяйства и промышленности.

На долю проволоки и изделий из нее приходится более половины всей выпускаемой метизной промышленностью продукции. Ежегодное производство стальной проволоки достигает 10 млн. тонн.

Предприятие ЗАО «УралКорд» (г.Магнитогорск) является одним из ведущих поставщиков металлокорда и бортовой бронзированной проволоки на предприятия шинной промышленности России.

В метизной промышленности существует много проблем, связанных с расширением ассортимента выпускаемой продукции и повышением ее качества, с повышением производительности труда и снижением себестоимости продукции. Особое внимание уделяется мероприятиям по снижению энергопотребления, экономии металла и повышению надежности работающего оборудования.

В настоящее время основным вариантом устранения вышеописанных проблем является модернизация и реконструкция существующего механического и электрического оборудования.

Одним из основных элементов станов для производства бортовой бронзированной проволоки является перемоточное устройство (ПУ). Качество бронзированной проволоки во многом определяется соблюдением технологических условий работы агрегата, и в частности работой перемоточного устройства.

Электропривод(ЭП) перемоточного устройства задает необходимую скорость движения проволоки по агрегату, что в свою очередь влияет на

качество нанесения слоя бронзы на стальную проволоку и натяжение, определяющее качество намотки проволоки па катушку.

Воздействуя на электропривод перемоточного устройства можно получить любую требуемую скорость движения проволоки, а также закон изменения натяжения в процессе работы.

До настоящего времени на ЗАО «УралКорд» находится в эксплуатации большое количество электроприводов устаревших типов с низкими энергетическими и эксплуатационными характеристиками. Оборудование изготавливалось до 80-х годов прошлого столетия на Алма-Атинском заводе тяжелого машиностроения (АЗТМ, г.Алма-Ата, Казахстан) и заводе ГРЮНА (ГДР) и практически не менялось с момента установки. Замена устаревших типов электроприводов на более совершенные позволит получить значительный экономический эффект и повысить качество выпускаемой продукции.

На сегодняшний день наиболее надежной и экономичной является система электропривода «транзисторный преобразователь частоты-асинхронный двигатель» (ПЧ-АД)

В связи с вышеперечисленным, представляет значительный интерес исследования по применению в перемоточных устройствах современных систем электроприводов, построенных по системе ПЧ-АД, повышению их работоспособности и надежности работы.

Особый интерес вызывает многодвигательный электропривод, поскольку он позволяет регулировать и линейную скорость движения проволоки по агрегату бронзирования и обеспечить требуемый закон изменения натяжения на намоточной катушке.

Основным ограничением, накладываемым на внедрение многодвигательного электропривода в действующее производство, является перегрев двигателя, вызванный низкой скорости вращения двигателя при наличии момента сопротивления па валу, в одном из технологических режимов агрегата бронзирования - режима травления проволоки.

В режиме травления бронзированная проволока неудовлетворительного качества поступает в агрегат бронзирования и проводится в обход ванны бронзирования, через ванны травления. При этом удаляется слой бронзового покрытия и «чистая» стальная проволока наматывается на катушку. Поскольку удаление слоя бронзы с поверхности стальной проволоки зависит от времени нахождения последней в ванне с травильным раствором, линейная скорость движения проволоки по агрегату снижается с 1,7 м/с до 0,2 м/с, при этом ухудшаются условия охлаждения двигателей перемоточных устройств и наступает их перегрев.

В соответствии с указанным выше в работе ставится цель и формируется актуальная научная проблема, решаемая в диссертации.

Основная идея диссертационной работы заключается в разработка и исследование многодвигательного электропривода по системе ПЧ-АД перемоточного устройства, обеспечивающего повышение

производительности за счет снижения брака и увеличение надежности работы электрооборудования за счет ограничения допустимого по теплу момента двигателя.

Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:

1. Разработка статических математических моделей перемоточных устройств для одно- и двухдвигательного электропривода ПУ, позволяющих рассчитывать электрические переменные системы ПЧ-АД в первой и второй зонах регулирования скорости;

2. Разработка многомассовой тепловой математической модели асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором и самовентиляцией, и методики расчета коэффициентов теплопередачи;

3. Разработка лабораторной установки для экспериментального исследования тепловых режимов работы АД с КЗР в системе ПЧ-АД;

4. Разработка методики расчета предельных механических характеристик, при которых температура статора не превышает допустимые пределы;

5. Разработка динамических моделей для одно- и двухдвигательного ПУ, с учетом динамических характеристик системы регулирования системы ПЧ-АД и упругости стальной проволоки;

6. Разработка принципиальных электрических схем для двухдвигательного электропривода перемоточного устройства и внедрение разработанного многодвигательного электропривода в действующее производство.

Диссертационная работа состоит из введения четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

В первой главе кратко изложен процесс изготовления бортовой бронзированной проволоки и приведены основные требования, предъявляемые к электроприводу перемоточного устройства. Проведен анализ текущего состояния и общих тенденций развития электроприводов перемоточных устройств стальной проволоки. Изложены основные причины образования брака продукции и выхода из строя оборудования. Рассмотрены 4 варианта электропривода перемоточного устройства и даны рекомендации к их применению в зависимости от предъявляемых к электроприводу требований. Определены цель и задачи исследования.

Во второй главе рассчитаны нагрузочные диаграммы и скоростные характеристики 4 типов электроприводов. Разработана и исследована статическая математическая модель системы ПЧ-АД с КЗР с учетом нелинейности кривой намагничивания двигателя, влияния вихревых токов и температурного изменения активных сопротивлений обмоток. Разработана 7-массовая тепловая математическая модель АД с КЗР и методика нахождения коэффициентов теплопередачи, позволяющая найти температуру двигателя при изменении скорости вращения вентилятора охлаждения. С учетом упругости стальной проволоки, составлена динамическая модель ЭП ПУ,

позволяющая моделировать работу агрегата бронзирования в режимах бронзирования и травления.

Третья глава посвящена теоретическому исследованию многодвигательного ЭП ПУ в статических и динамических режимах работы. Рассчитаны предельные механические характеристики приводных электродвигателей ПУ, при которых температура статора не выходит за заданные пределы. На основе анализа JIA4X доказано, что двухдвигагельный электропривод ПУ позволяет эффективно демпфировать колебания натяжения на намоточной катушке, вызванные изменением радиуса намоточной катушки, механическими повреждениями намоточных катушек, эксцентриситетом намоточной и размоточной катушек.

В четвертой главе приведены результаты экспериментального исследования 7-массовой тепловой математической модели и доказана ее адекватность. Представлены результаты внедрения двухдвигательного ЭП с «пассивной размоткой» в действующее производство. Разработаны принципиальные электрические схемы электроприводов ПУ АБ с цифровыми локальными промышленными сетями последовательного обмена данными на базе транзисторных преобразователей частоты с микропроцессорным управлением, которые позволяют при малых затратах улучшить диагностирование работы электрооборудования, повысить качество управления технологическим процессом и надежность работы оборудования в целом;

Методы исследований Теоретические исследования основаны на положениях теории электропривода, теории автоматического регулирования, методах операционного исчисления, статистической обработки данных, методов анализа с использованием логарифмических частотных характеристик.

Разработанные алгоритмы реализованы в пакете программирования MATLAB SIMULINK и, Microsoft Excel.

Экспериментальные исследования проводились в промышленных условиях путем осциллографирования основных параметров на действующих электроприводах перемоточных устройств агрегата бронзирования с последующей их обработкой.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Энергетические диаграммы и формулы для расчета потребляемой активной мощности от механической мощности намотки для многодвигательных электроприводов ПУ;

2. Статические математические модели одно- и двухдвигательных электроприводов по системе ПЧ-АД со скалярным управлением;

3. 7-массовая тепловая модель АД с КЗР и методика расчета коэффициентов теплопередачи;

4. Методика расчета предельной механической характеристики АД с КЗР, с учетом предельной температуры обмотки статора;

5. Динамическая математическая модель одно- и двухдвигательного электропривода ПУ;

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ПЕРЕМОТОЧНОГО УСТРОЙСТВА АГРЕГАТА БРОНЗИРОВАНИЯ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ

Разработке электроприводов для эксплуатируемых установок предшествует подробный анализ их технологического процесса, выделяются пути для повышения производительности и снижения количества брака. Кроме этого проводится анализ решения подобных задач на аналогичных установках и принимается решение о применимости этих решений к рассматриваемой установке.

В первой главе подробно рассмотрена технология изготовления бронзированной стальной проволоки, проведен анализ требований, предъявляемых к качеству изготавливаемой проволоки, рассмотрены основные виды электроприводов, применяемых в перемоточных устройства, представлены основные причины возникновения брака продукции, проведен обзор методов проверки двигателей по классическим способам и с помощью тепловых моделей. На основании этого, представлены требования, предъявляемые к электроприводу перемоточного устройства агрегата бронзирования, изложены возможные пути уменьшения количества брака и повышения производительности средствами электропривода перемоточного устройства агрегата бронзирования.

1.1 Описание технологического процесса производства бронзированной стальной проволокиОсновным армирующим элементом бортовой части шипы является бортовое кольцо из стальной проволоки, покрытой бронзой для обеспечения химической связи с резиной.

В последние годы для армирования бортовых колец автомобильных шип применялась «классическая» бортовая латунированная проволока. Однако развитие технологии шинной промышленности диктует повышенные требования к армирующим материалам и на сегодняшний день стоит задача получить более высокий уровень прочности и при этом сохранить прежний уровень пластических свойств проволоки для армирования ботовых колец шин.

В таблице 1.1 приведён сравнительный анализ качественных характеристик бортовой латунированной и бортовой бронзированной проволоки диаметром 1,0 мм, используемой при изготовлении бортовых колец шин[1].

Таблица 1.1.

Механические свойства бортовой проволоки диаметром 1,0 мм

Механическая характеристика Требования НТД

Латунированная проволока Бронзированная проволока

Разрывная нагрузка, Н ГОСТ 10446-80 >1400 >1530

Число скручиваний ГОСТ 1545-80 >29 >29

Число перегибов ГОСТ 1579-93 >10 >13

Относительное удлинение, % ГОСТ 10446-80 >4,5 / 5,5 >4/ 4,5

Отношение предела текучести к пределу прочности, % не регламентируется <75-85

Из данных таблицы видно, что бортовая бронзированная проволока обладает более высоким комплексом прочностных и пластических свойств по сравнению с бортовой латунированной проволокой.

Технологические схемы производства бортовой латунированной и бронзированной проволоки имеют различия. В первом случае латунное покрытие наносится гальваническим способом, во втором - химическим. Суть способа получения латунного покрытия заключается в последовательном электрохимическом осаждении на поверхность стальной проволоки слоя меди и цинка и нагреве для прохождения диффузионных процессов покрытия. Бронзовое покрытие наносится химическим способом путем одновременного осаждения меди и олова из одной ванны. Термообработка в данном случае проводится до нанесения покрытия и только с целыо обеспечения заданного комплекса прочностных и пластических свойств проволоки, после которой следуют операции подготовки поверхности проволоки под покрытие.

Агрегат бронзирования стальной проволоки № 4 (АБ № 4) цеха № 1 ЗАО «УралКорд» предназначен для производства бортовой проволоки с бронзовым

покрытием.

Технические характеристики агрегата бронзирования приведены в таблице 1.2 [1.].

Таблица 1.2.

Технические характеристики агрегата бронзирования

Наименование технических характеристик Един, изм. АБ № 4

Номинальная длина Ьр м 111,68

Номинальное количество проволок шт 24

Диаметр проволок с! мм 0,89-1,83

Скорость движения проволок V м/мин 12-140

Номинальная производительность агрегата При ¿/=0,89-1 мм тонн/месяц 480-607

При ¿/=1,3-1,89 мм 683-1355

Агрегат бронзирования может работать в двух режимах: режим бронзирования и режим травления проволоки. В таблице 1.3 сведены основные технологические параметры вышеперечисленных режимов.

Таблица 1.3.

Технологические параметры режима бронзирования и режима травления

Технологические параметры Един, изм. Режим бронзирования Режим травления

Скорость движения проволоки м/мин 100 12

Диаметр проволоки мм 0,89-1,83 1,73-1,83

Номинальное количество проволок шт 24 24

Натяжение на тормозном устройстве Н 200-400 100-250

Длина проволоки м 65000±5000 14000±500

Масса проволоки на катушке кг 500±20 300±11

Коэффициент заполнения - 0,59 0,48

Время перемотки одной катушки ч 10,5±0,5 24±1

На рисунке 1.1 представлена схема технологической линии агрегата бронзирования.

2 3 4 5 7 8

22 24

1 6 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 23 25

Рисунок 1.1. Схема технологической линии АБ где 1,6-намоточная катушка; 2,5-рихтовальное устройство; 3,7-промежуточный вытяжной барабан; 4,8,21- направляющие ролики; 9- ванна нанесения ипден-кумароновой смолы; 10,17 - сушило; 11,13,15 - ванны трехкаскадной промывки; 12- ванна бронзирования; 14- ванна электрохимического биполярного травления; 16- электропечь СПОК-1,8.20; 18-ванна душирующей промывки; 19,20- ванна обезжиривания; 22,24-размоточное устройство; 23,25- размоточное устройство.

Технологический процесс производства бронзированной проволоки состоит из комплекса последовательных технологических процессов. Проволока-заготовка, поступает на размоточное устройство 22;24, находящееся на участке размотки. Размоточное устройство предназначено для размотки стальной проволоки (заготовки) с катушек.

Устройство размотки снабжено вертикальными фигурками с тормозами 23 и направляющими роликами 21. Натяжение проволоки регулируется тормозом 23 размоточного устройства. Натяжение на размотке должно быть постоянным и гарантировать отсутствие рывков и провисания проволоки для исключения выхода участков проволоки из псевдоожижающей среды (слоя электрокорунда) внутри электропечи 16.

С размоточного устройства проволока поступает на направляющие ролики 21, два направляющих и один поддерживающий валы, входящие в состав разматывающего устройства.

После участка размотки проволока поступает в ванну обезжиривания

19;20, где выполняется очистка в растворе натриевой щелочи для удаления с поверхности проволоки остатков волочильной смазки. При прохождении проволоки через ванну щелочной очистки ее нити должны быть полностью погружены в раствор. В зависимости от полярности подключения электродов к источнику тока, т.е. если электрод является анодом «+», а проволока катодом «-», то на поверхности проволоки выделяются пузырьки водорода, которые, поднимаясь к поверхности раствора обезжиривания, увлекают за собой волочильную смазку, образуя на поверхности пену.

На выходе из ванны обезжиривания остатки щелочи с поверхности проволоки снимаются путем сдува воздухом.

После щелочной очистки проволока промывается горячей условно чистой водой 18, подогретой острым паром. Нити проволоки, проходя через переливную ванну, должны погружаться полностью. Удаление остатков щелочи с проволоки происходит посредством струйной душирующей подачи воды.

Для удаления остатков влаги после промывки проволока проходит через воздушный обдув и горячий воздушный обдув в сушильном коробе 17.

После этого, проволока поступает в электропечь СПОК-1,8.20 16 с целыо снятия остаточных напряжений волоченной проволоки.

Нагрев осуществляется спиральными электронагревателями, расположенными внутри насыпного слоя электрокорунда. Воздух, подаваемый снизу перпендикулярно слою, создает эффект псевдоожижения и за счет интенсивного движения частиц происходит теплоотдача между частицами и погруженной в него проволокой.

После выхода из электропечи проволока охлаждается в ванне каскадной промывки 15. Вода подается на проволоку через коллектор с форсунками, направляющими струи на каждую проволоку.

Для дальнейшей подготовки проволоки к процессу бронзирования, она поступает в ванны электрохимического биполярного травления 14, где

происходит снятие слоя окислов и подготовка поверхности проволоки в растворе серной кислоты.

На выходе из ванн травления проволока проходит механический обтир и обдув сжатым воздухом и промывается в трехкаскадной струйной промывке 13.

Затем проволока поступает в ванну бронзирования 12 с водным раствором следующего состава: сульфат меди II, сульфат олова II, химически чистая серная кислота. Все нити проволоки должны быть полностью погружены в раствор и не должны касаться краев ванн во избежание образования дендритов и сдиров покрытия.

После ванны бронзирования проволока проходит резиновые каплеотделители с последующей трехкаскадной промывкой холодной и горячей водой 11.

После этого проволока поступает на участок сушки 10 для удаления остатков влаги и производится на воздухе за счет тепла проволоки, аккумулированного в горячей промывке.

Далее, с помощью войлока 9, наносится слой защитного покрытия из раствора ииден-кумароновой смолы.

В режиме травления проволока не заводится в электропечь СПОК-1,8.20 16 и ванну бронзирования 12. В остальном, технологический процесс идентичен режиму бронзирования.

После этого, проволока поступает на намоточное устройство рис. 1.2. Проволока заводится на промежуточный вытяжной барабан 3;7 и проходя через рихтовальное устройство 2;5, поступает на намоточную катушку 1;6.

В процессе намотки на промежуточном барабане должно быть не менее двух витков проволоки. Витки проволоки равномерно распределяются по канавкам нижнего барабана таким образом, чтобы нить при сходе с гладкой поверхности верхнего барабана заходила в рихтовальное устройство без изгиба. Недопустимо проскальзывание проволоки. Направляющие устройства 4;8 не должны приводить к повреждению поверхности проволоки.

Рисунок 1.2. Намоточное устройство НК 24/500 Для создания натяжения на валу размоточного устройства рисунок 1.3,а устанавливается тормозной фрикцион, показанный на рисунке 1.3,6.

*) 6) Рисунок 1.3. а - Размоточное устройство РК 24/500, б - тормозной фрикцион Намотка и размотка проволоки производится с помощью катушек, параметры которых указаны в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Данные намоточной и размоточной катушек

Намоточная катушка Размоточная катушка

Ширина катушки В,м 0,3 0,45

Диаметр заполненной катушки Омах,м 0,74 0,628

Диаметр пустой катушки 5шш,м 0,426 0,39

Момент инерции пустой катушки У/ш'н,кг^м2 6,34 14,1

Момент инерции заполненной катушки /люх, кг*м2 42,84 41,27

Всего на предприятии эксплуатируются пять агрегатов бронзирования и латунирования обладающими идентичными перемоточными устройствами, но различной технологией обработки проволоки. На каждом агрегате установлено по 24 РУ и 24 НУ.

Анализируя процессы бронзирования и травления можно выделить основные требования, предъявляемые к качеству бронзированной проволоки:

1. В процессе работы не допускается образование следов коррозии, масла и прочих загрязнений на поверхности проволоки;

2. Не должны ухудшаться физико-механические свойства проволоки в процессе нанесения слоя бронзы;

3. Готовая проволока должна быть покрыта слоем бронзы однородного цвета, исключается наличие на поверхности царапин и повреждений;

4. На катушке должна вмещаться проволока максимальной длины одним отрезком;

5. На катушке допускается не более одной или двух сварок (расстояние между первой и второй сваркой не менее 1000 м);

6. Намотанные на катушку витки проволоки должны равномерно распределяться на катушке без наслоений. Намотка проволоки на катушке должна быть ровная, плотная, без перепутывания витков;

7. Строение намотки должно обеспечивать мягкость схода проволоки при последующей размотке; 1.2 Обзор существующих систем электроприводов перемоточных

устройствНамоточное устройство (НУ) связано с размоточным устройством (РУ) через проволоку и вместе образует сложную взаимосвязанную электромеханическую систему перемоточного устройства

(ПУ).

В настоящее время на метизных предприятиях России эксплуатируются различные типы электроприводов ПУ, реализованных как на основе асинхронных двигателей с короткозамкнутым ротором, асинхронных двигателей с фазным ротором, так и с применением двигателей постоянного тока независимого возбуждения[3]. Известны однокатушечные, двух- и даже трехкагушечные перемоточные устройства.

На рисунке 1.4,а приведена желаемая механическая характеристика электропривода ПУ, работающего в режиме намотки. В диапазоне рабочих скоростей сот\п- <утах характеристики должны иметь наклонный вид, обратно пропорционально радиусу намоточной катушки.

В однокатушечных ПУ, как правило, используются следующие типы электроприводов:

- асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором с электромагнитными муфтами скольжения;

- асинхронный двигатель с фазным ротором и реостатным регулированием скорости;

- электропривод постоянного тока по системе ТП-ДПТ;

- электроприводы переменного тока по системе ПЧ-АД.

Применение электромагнитных муфт скольжения (асинхронные муфты скольжения) основано на форме их характеристик, приведенных на рисунке 1.4, б.

а.

0 0,2 0,4 0,6 м,

м/

/м,

0

0,2 0,4 0,6 м/

6) /М»

а - желаемые для намоточного аппарата, б -естественные для асинхронной муфты скольжения; в - асинхронного двигателя с активно-

индуктивным сопротивлением в цепи ротора

о 0,5 1,0 1,5 м.

М/Мн Рисунок 1.4. Механические характеристики

Асинхронная муфта скольжения состоит из двух частей: ведущего пассивного якоря, жестко связанного с валом приводного двигателя и ведомой магнитной системы, состоящей из двух зубчатых половинок, между которыми находится катушка. Питание катушки постоянным током осуществляется через скользящий контакт. При наличии тока возбуждения в сердечнике катушки появляется магнитный поток, а во вращающемся якоре - электродвижущая сила, вызывающая в нем вихревые токи. Взаимодействие потока магнитной системы с вихревыми токами приводит к возникновению тормозного момента. Величина скольжения муфты зависит от силы тока возбуждения и момента нагрузки, поэтому на выходном валу муфты при постоянном моменте можно получить плавное изменение скорости путем изменения силы тока возбуждения.

Поскольку естественная механическая характеристика асинхронной муфты скольжения близка по характеру желаемой механической характеристике намоточного аппарата, то на практике ее часто используют, как передаточный орган от двигателя к катушке без наличия дополнительных регулировочных

устройств. Величина натяжения устанавливается путем задания тока возбуждения резистором Я. Силовая схема такого электропривода приведена на рисунке 1.5,а. Исследования, проведенные на «Белорецком металлургическом комбинате» [11], показали, что цикловые значения к.п.д. для электроприводов с электромагнитными муфтами скольжения составляют 0,31... 0,52, а средневзвешенный к.п.д., рассчитанный по общему потреблению электроэнергии всеми намоточными аппаратами составил 0,44.

При использовании двигателя с фазным ротором в цепь ротора включают последовательно активное и индуктивное сопротивления [9,15]. Механические характеристики будут иметь вид, приведенный на рисунке 1.4, в. При этом, активное сопротивление изменяет величину критического скольжения, а индуктивное - дополнительно и величину критического момента. Подбором этих двух величин устанавливают необходимый вид механической характеристики.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Моисеев, Владимир Олегович, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. А.Ю. Столяров Бронзирование проволоки для бортовых колец шин. Технологическая инструкция ТИ УК-ПББ-31-2009 (Взамен ВТИ УК-ПББ-31-2007) / А.Ю. Столяров, Магнитогорск, 2009 - 45 с.

2. Производство стальной проволоки: Монография / Х.Н. Белалов, Б.А. Никифоров, Г.С. Гун и др. - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ",2006. -543 с.

3. Намоточные машины UDS фирмы "Грюна": Техническое описание.-Дрезден. 1979.-206 с.

4. I-I. Ф. Ильинский Тепловые модели электродвигателей в неноминальпых циклических режимах / Н. Ф. Ильинский, В. Н. Ипатенко // Электричество. 1984. №7. С. 37-41.

5. М.С. Ершов, С.Г. Максютов Контроль температурного режима и ресурса изоляции обмоток электродвигателя в процессе эксплуатации // Промышленная энергетика, 2009, №4.

6. А. М. Зюзев, В.П. Метельков Расчет параметров термодинамической модели асинхронного двигателя для электроприводов с интенсивными пусковыми режимами.// Материалы международной научно-технической конференции «Электротехнические комплексы и системы»: В 5 томах. Т. 3. -Комсомольск-на-Амуре: ГОУ ВПО «КнАГТУ», 2010. С. 71-74.

7. А. М. Зюзев, В.П. Метельков Термодинамическая модель асинхронного двигателя для электроприводов с интенсивными процессами тепловыделения.//Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-воТулГУ, 2010. 4.1. С. 138-145.

8. В.И. Ключев Теория электропривода/ Москва, Энергоатомиздат 1988г.

9. A.A. Радионов Автоматизированный электропривод станов для производства стальной проволоки / Монография - Магнитогорск: ГОУ ВПО "МГТУ",2007.-311 с.

10. В.Ф. Барсуков Анализ технологических и энергетических режимов намоточных аппаратов волочильных станов и разработка электропривода,

повышающего эффективность и качество процесса намотки: Дисс. ... канд. техн. наук. - М.: МЭИ, 1981.-230 с.

11. И.Т. Туганбаев Автоматизированный электропривод волочильного оборудования: Дисс. ... докт. техн. наук - Алматы, 1997.-350 с.

12. Т.М. Мансузбаев, И.Т. Туганбаев, В.Н. Васильев Намоточный аппарат волочильного стана, как объект автоматизированного управления// - Алма-Ата,1984.-11 с.

13. A.A. Радионов, A.C. Карандаев Электропривод моталок и разматывателей агрегатов прокатного производства/ Учеб. пособие. - Магнитогорск: МГТУ,2003.-134 с.

14. В.И. Ключев Теория электропривода/ Учебник для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. 560 с.

15. М.Г. Бычков, JI.M. Миронов, В.Ф. Козаченко и др. Новые направления развития регулируемых электроприводов// Приводная техника, 1997,№ 5,С. 4654.

16. А.Г. Иванов Современные автоматизированные системы электропривода для металлургии // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. -Иваново, 2012. С. 453-457.

17. Р.Т. Шрейнер Системы подчиненного регулирования электроприводов. Часть I. Электропривода постоянного тока с подчиненным регулированием координат/ Учеб. пособие для ВУЗов. - Екатеринбург: Урал. Гос. Проф. Пед. Ун-т, 1997.-279 с.

18. Ю.А. Борцов, Г.Г. Соколовский Автоматизированный электропривод с упругими связями/ СПб.: Энергоатомиздат, 1992.-288 с.

19. Е.Я.Омельченко, А.А.Радионов, В.А.Бондаренко Намоточный аппарат стальной проволоки как объект регулирования // Электромеханика. Новочеркасск- 2011.- № 4. -С. 58-64.

20. А.И. Рябинин Исследование и разработка электропривода волочильного стана с учетом упругих связей: Дисс. ... канд. техн. наук - Алма-Ата, 1984.-159 с.

21. Р.Т. Шрейнер Электромеханические и тепловые режимы асинхронных двигателей в системах частотного управления / Учебное пособие. Екатеринбург: ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2008. 361 с.

22. И.П. Копылов и др. Проектирование электрических машин / М.: «Высшая школа», 2005. 767 с.

23. И.П. Копылов Электрические машины / учеб. для ВУЗов. - М.: Высшая школа,2006.-607 с.

24. А.И. Борисенко, О.Н. Костиков, А.И. Яковлев. Охлаждение промышленных электрических машин: учеб. для ВУЗов/А.И- М.: Энергоатомиздат, 1983.-293 с.

25. Г.А. Сипайлов, Д.И.Санников, В.А.Жадан Тепловые, гидравлические и аэродинамические расчеты в электрических машинах / учеб. для ВУЗов по спец. «Электромеханика» /. -М.: Высш.шк., 1989.-239 с.

26. Э.И. Гуревич, Ю.Л.Рыбин. Переходные тепловые процессы в электрических машинах: учеб. для ВУЗов по спец. «Электромеханика» / Л.¡Энергоатомиздат. Ленингр. Отд-ние,1983.-216 с.

27. Е.В. Козярук, В.В. Рудаков. Современное и перспективное алгоритмическое обеспечение частотно-регулируемых электроприводов.: ООО НПО «Санкт-Петербургская Электротехническая Компания - Санкт-Петербург,2004.-127 с.

28. Evolution and Modern Approaches for Thermal Analysis Of Electrical Machines / Boglietti A., Cavagnino A., Staton D. and others.// IEEE Transactions on industrial electronics, vol. 56, no.3, 2009 - P. 871-882.

29. Staton D., Pickering S., Lampard D. Recent advancement in the Thermal design of Electric Motors// SMMA 2001 Fall Technical Conference "Emerging Technologies for Electric Motion Industry", Durham, North Carolina, USA, 2001.

30. Зюзев A. M., Метельков В. П. Термодинамическая модель асинхронного двигателя для электроприводов с интенсивными процессами тепловыделения // Известия ТулГУ. Технические науки. Вып. 3: в 5 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. 4.1. С. 138-145.

31. Thermal Calculation [Электронный ресурс] URL: http://www.motor-design.com/thermcalcs.php

32. Асинхронные двигатели серии 4А: Справочник/ А.Э. Кравчик и др. - М.: Энергоиздат, 1982.-504 с.

33. Расширенное руководство пользователя Commander SK/ Control Techniques Drives Ltd., 2005, 188 с.

34. Руководство по программному обеспечению. ACS 600/800/ ABB Oy., 2006, 274 с.

35. SIMOVERT MASTERDRIVES Vector Control Компендиум/ Siemens, 2003 960 с.

36. Е.Я. Омельченко Разработка и исследование автоматизированных электроприводов по системе ПЧ-АД для волочильных станов и намоточных устройств стальной проволоки: Дисс. ... доктор, техн. наук. - М.: МГТУ,2012.-386 с.

37. И.В. Черных SIMULINK: среда создания инженерных приложений / Под общ. ред. В.Г.Потемкина. - М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2004.-496 с.

38. ГОСТ 25941-83 - Машины электрические вращающиеся. Методы определения потерь и коэффициента полезного действия

39. A.C. Анучин, К.Г. Федорова. Двухмассовая тепловая модель для энергоэффективного выбора асинхронного двигателя. // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. С. 179-183.

40. Е.Я.Омельченко, Е.Б.Агапитов, В.О.Моисеев Термодинамическая модель асинхронного двигателя // Вестник. Магнитогорск: МГТУ,- 2012.- №1(37). -С. 67-70.

41. Б.Н. Юдаев Теплопередача/ Учебник для Втузов .М: Высш.школа 1973, 360 с.

42. Staton D., Cavagnino A. Convection heat transfer and flow calculation suitable for analytical modeling of electrical machines [Электронный ресурс] / IECON 2006 URL: http://www.motor-design.com/cmsAdmin/uploads/iecon_2006_conv_and flow ,pdf

43. Расчет нагревательных и термических печей / Справочник под ред. Тымчака В.М. и Гусовского B.JI. - М.: Энергоиздат, 1982.-504 с.

44. Тепломассообмен [Электронный ресурс]: курс лекций/ М.С.Лобасова, К.А.Финников, Т.А. Миловидова и др./ Красноярск : ИПК СФУ, 2009.

45. Л.Г. Лимонов Автоматизированный электропривод промышленных механизмов / - Харьков: Изд-во "ФОРТ",2009.-272 с.

46. Лимонов Л.Г. Автоматизированный электропривод промышленных механизмов. - Харьков: Изд-во "ФОРТ",2009.-272 с.

47. З.Ш. Ишматов Микропроцессорное управление электроприводами i . технологическими объектами. Полиномиальные методы/ монография Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 278 с.

48. В.В. Рудаков, И.М. Столяров, В.А. Дартау. Асинхронные электроприводы с векторным управлением / Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1987.- 136 с.

49. Fluke Ti50FT and Ti55FT IR FLEXCAM Thermal imagers for with IR-fusion technology [Электронный ресурс] URL:http://www.fluke.com/Fluke/usen/thermal-imaging/Fluke-Ti50-Series.htm?PID=56188

50. ГОСТ P 8.624-2006 Государственная система обеспечения единства измерений. Термометры сопротивления из платины, меди и никеля. Методика поверки

51. Е.Я.Омельченко, В.О.Моисеев Методика экспериментального определения момента сопротивления и момента инерции механизма // Вестник. Магнитогорск: МГТУ.- 2012.- №2(38). -С. 74-76.

52. Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев Двухдвигательные электроприводы намоточных устройств стальной проволоки по системе ПЧ-АД // Электроприводы переменного тока: Труды международной 15 научно-технической конференции. Екатеринбург: ФБГОУ ВПО УГТУ-УПИ.- 2012.- С. 301-304.

53. Омельченко Е.Я., Моисеев В.О. Исследование характеристик электропривода намоточного устройства агрегата бронзирования стальной проволоки // ФГБОУ ВПО «Магнитогорск, гос. техн. ун-т». - Магнитогорск, 2012. 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 21.03.2012, № 98-В2012.

54. Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, O.A. Тележкин. Автоматизированные электроприводы волочильных станов по системе ПЧ-АД. // АЭП 2012: Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. -С. 545-548.

55. Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, O.A. Тележкин Математическая модель системы ПЧ-АД с улучшенным пусковым моментом // Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. -С. 169-172.

56. Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, O.A. Тележкин Автоматизированные электроприводы волочильных станов по системе ПЧ-АД // Труды VII Международной (XVIII Всероссийской) конференции по автоматизированному электроприводу. - Иваново, 2012. -С.545-548.

57. Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, O.A. Тележкин Исследование четырехмассовой термодинамической математической модели асинхронного двигателя // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. Вып. 20. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО МГТУ,2012. С. 126-131.

58. Е.Я. Омельченко, В.О. Моисеев, O.A. Тележкин Тенденции развития автоматизированных электроприводов // Электротехнические системы и комплексы: Межвузовский сб. науч. тр. Вып. 20. Магнитогорск: ФГБОУ ВПО МГТУ,2012. С. 71-79

59. А.Б. Виноградов Учет потерь в стали, насыщения и поверхностного эффекта при моделировании динамических процессов в частотно-регулируемом асинхронном электроприводе // Электротехника.-2005.-№ 5.-С 57-61.

60. Руководство по монтаже и вводу в эксплуатацию. Инверторные блоки . ACS 800-107, монтируемые в шкафу ABB Oy. 3AFE68680794, 2005, 114 с.

61. Руководство по эксплуатации оборудования. Приводные модули ACS 800-04 /ABB Oy. 3AFE68372984, 2008, 138 с.

62. Расширенное руководство пользователя Unidrive SP: 0471-0002-07, ред.7 / Control Techniques Drives Ltd., 2005, 188 с.

63. Руководство пользователя. Модули SM-Applications и процессоры движения : 0471-0062-03ru, ред.З / Control Techniques Drives Ltd., 2008, 130 с.

64. Руководство пользователя. SM-Applications. Дополнительный модуль для Unidrive-SP: 0471-0007-04, ред.5 / Control Techniques Drives Ltd., 2004, 113 c.

65. Руководство пользователя. SM-Profibus-DP: 0471-0008-03, ред.З / Control Techniques Drives Ltd., 2004, 88 c.

66. Руководство по прикладному программированию. Адаптивная программа. ABB Oy. 3AFE64651889, 2005, 44 с.

67. A.E. Козярук, C.A. Ковчин, В.Б. Линник Частотно-регулируемый электропривод с преобразователями частоты фирмы ABB/ ООО НПО «Санкт-Петербургская Электротехническая Компания» - Санкт-Петербург,2002.-107 с.

68. Analytical Thermal Model For Small Induction Motors [Электронный ресурс] / D.Staton, M.Popescu, C.Cossar and others ICEm 2008, Vilamoura, Portugal, Sept 2008 URL: http://www.motor-design.com/cmsAdmin/uploads/icem_2008_model for_small_induction_machines.pdf

69. A general Model To Predict The Iron Losses In Inverter FED Induction Motor [Электронный ресурс] / A.Boglietti, A.Cavagnino, D.M.Ionel and others, ECCE 2009, URL: http://www.motor-design.com/cmsAdmin/uploads/ecce_2009-_iron-losses-in-induction-machines.pdf