Модернизация электропривода волочильного стана магазинного типа с использованием тиристорного регулятора напряжения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.09.03, кандидат технических наук Макурин, Антон Сергеевич

• Макурин, Антон Сергеевич
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Макурин, Антон Сергеевич

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ И ВЫБОР СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ВОЛОЧИЛЬНОГО СТАНА.

1.1. Состояние и перспективы развития электроприводов волочильных станов магазинного типа.

1.2. Краткое описание конструкции стана "SKET 2500/6"

1.3. Особенности технологического процесса волочения.

1.4. Анализ требований к электроприводам волочильного стана.

1.5. Технико-экономическое обоснование выбора системы ТРН-АД.

1.6. Постановка задач исследования.

ВЫВОДЫ.

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТРН-АД ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ НА ВОЛОЧИЛЬНОМ СТАНЕ.

2.1. Математическое описание АД и ее адаптация для моделирования в пакете Matlab.

2.2. Математическое описание технологической нагрузки.

2.3. Математическое описание тиристорного регулятора напряжения.

2.4. Оценка адекватности математической модели.

ВЫВОДЫ.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПУСКОВЫХ И ЗАПРАВОЧНЫХ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРОПРИВОДА СТАНА НА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ТРН-АД.

3.1. Основные показатели эффективности электромеханического преобразования энергии.

3.2. Исследование на модели режимов прямого пуска АД под нагрузкой.

3.3. Исследование процессов пуска в системе ТРН-АД.

3.4. Исследование заправочных режимов электропривода.

3.4.1. Режим заправки при многократном повторном включении двигателя

3.4.2. Режим заправки при импульсном управлении.

3.4.3. Режим заправки при квазичастотном управлении.

3.5. Исследование комбинированного пуска АД.

3.6. Сравнительный анализ пусковых и заправочных режимов работы электропривода.

3.6.1. Сравнительный анализ пусковых режимов.

3.6.2. Сравнительный анализ заправочных режимов.

ВЫВОДЫ.

4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СИСТЕМЫ ТРН-АД.

4.1. Исследование ТРН "Emotron" на лабораторной установке.

4.2. Исследование ТРН "Emotron" на первом блоке волочильного стана "SKET 2500/6".

4.3. Сравнительный анализ результатов моделирования и экспериментальных исследований.

4.3.1. Сравнительный анализ пуска стана на холостом ходу.

4.3.2. Сравнительный анализ заправочного режима.

4.4. Расчет и анализ мощностей приводных двигателей.

4.5. Эффективность и показатели надежности внедренного электропривода.

ВЫВОДЫ.,.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модернизация электропривода волочильного стана магазинного типа с использованием тиристорного регулятора напряжения»

Волочильные станы магазинного типа являются широко распространенным типом станов в волочильном производстве. На их долю приходится большая часть произведенной проволоки-заготовки, которая далее используется для волочения на тонкие и тончайшие диаметры. Такие станы являются важной частью современной технологии производства проволоки.

В настоящее время парк волочильных станов магазинного типа в России претерпел значительный износ. Увеличивается число механизмов с истекшим сроком службы, требующих замены или модернизации. Следует отметить, что состояние волочильного и механического оборудования, в большинстве случаев, позволяет продолжить его эксплуатацию. Электрическое оборудование претерпело многократные ремонты и во многих случаях исчерпало свой ресурс. Поэтому задача модернизации электрооборудования стана является одной из актуальных.

Наибольшую долю среди подобных станов занимают волочильные станы типа "SKET", электропривод которых строится на базе асинхронного- двигателя с фазным ротором. Система управления построена на базе релейно-контакторной аппаратуры с применением реостатного регулирования скорости. Данный способ неэкономичен из-за больших потерь энергии в сопротивлениях. Кроме того, низкая надежность работы из-за большого числа коммутационной аппаратуры, и прочие общеизвестные недостатки обуславливают невысокую энергетическую и функциональную эффективность такой системы электропривода. Решение указанной проблемы может быть достигнуто за счет использования в качестве электропривода стана системы ПЧ-АД или ТРН-АД с короткозамкнутым ротором. Причем для волочильных станов "SKET" вариант построения привода на базе ТРН-АД представляет особый интерес. Во-первых, это характеризуется относительной дешевизной и простотой системы. Во-вторых, в задачу электропривода станов такого типа не входит регулирование скорости в широких пределах.

Решение указанной проблемы позволит повысить надежность и производительность работы стана, а также обеспечить улучшение энергетических показателей работы электропривода в плане ограничения ударных моментов и экономии электроэнергии.

Целью работы является модернизация электроприводов волочильных станов магазинного типа, на основе замены АД с фазным ротором на систему ТРН-АД, обеспечивающая экономию электроэнергии и повышение производительности и надежности стана при ограничении ударных моментов и пусковых токов.

Достижение поставленной цели потребовало:

- анализа технологических требований к электроприводам волочильных станов магазинного типа с позиций обеспечения заправочных и пусковых режимов, повышения надежности механического оборудования стана и экономии электроэнергии;

- проведения технико-экономического обоснования модернизации электроприводов волочильных станов на основе системы ТРН-АД, обеспечивающей выполнение технологических требований с учетом особенностей процесса волочения при минимальных капитальных затратах;

- разработки математической модели системы ТРН-АД с учетом особенностей технологической нагрузки волочильного стана магазинного типа и формированием различных режимов работы ТРН;

- разработки способов и условий реализации пусковых и заправочных режимов работы системы ТРН-АД, обеспечивающих ограничение пусковых токов и ударных моментов;

- обоснования выбора приводных двигателей по мощности, удовлетворяющей технологическим требованиям и обеспечивающей стабильную и надежную работу стана;

- сравнения результатов математического моделирования с экспериментальными данными;

- проведения технико-экономического анализа эффективности и показателей надежности работающей системы ТРН-АД при повышении производительности стана.

Содержание работы изложено в четырех главах.

В первой главе показано состояние электроприводов волочильных станов магазинного типа и перспективы их развития. На основании анализа особенностей технологического процесса, обобщены и уточнены требования к электроприводам. На основании проведенного обзора возможных вариантов построения электроприводов волочильных станов, обоснована целесообразность проведения модернизации электропривода с применением системы ТРН-АД.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей системы ТРН-АД в среде MATLAB, с формированием механических нагрузок и обеспечивающих реализацию технологических режимов работы электроприводов волочильного стана.

В третьей главе проведены исследования пусковых и заправочных режимов электропривода стана на математической модели системы ТРН-АД. Установлены рациональные параметры режимов работы электропривода. Предложен комбинированный способ формирования пусковых режимов в системе ТРН-АД, который сочетает в себе принципы квазичастотного и фазового управления.

Четвертая глава посвящена комплексному исследованию работающего электропривода на лабораторной установке и на волочильном стане "SKET 2500/6" №10 в условиях действующего производства в сталепроволочно-канатном цехе ОАО "МКЗ". Проводится обоснование выбора приводных двигателей по мощности. Представлены результаты технико-экономического анализа эффективности нового электропривода и показатели надежности работы системы ТРН-АД.

По содержанию диссертационной работы опубликовано семь научных трудов, полученные результаты докладывались и обсуждались на двух международных научно-технических конференциях.

Заключение диссертации по теме «Электротехнические комплексы и системы», Макурин, Антон Сергеевич

117 ВЫВОДЫ

1. Исследованы пусковые режимы ТРН на лабораторной установке и в условиях действующего производства. Показана сходимость исследований. Определены возможности регулирования тока и момента в различных пусковых режимах системы ТРН-АД.

2. Подтверждены выдвинутые положения о возможности применения системы ТРН-АД в качестве электропривода волочильного стана типа "SKET".

3. Обоснован выбор приводных двигателей по мощности. Установлено, что двигатели в среднем загружены на 66%, что в соответствии с технологическими требованиями к электроприводам волочильных станов позволяет рекомендовать повышение усилий волочения на 5-15%.

4. В результате технико-экономического анализа работающей системы ТРН-АД на волочильном стане выявлена экономия электроэнергии в размере 10,3% и повышение производительности стана на 2,75%.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе исследования состояния электроприводов волочильных станов магазинного типа, и проведения технико-экономического анализа вариантов модернизации обоснована целесообразность внедрения системы ТРН-АД. Обобщены и уточнены требования, предъявляемые к электроприводам волочильного стана магазинного типа, и показана техническая возможность их реализации с использованием системы ТРН-АД.

2. Разработаны математические модели системы ТРН-АД в среде MATLAB, в которых обеспечивается формирование технологических нагрузок в заправочных и пусковых режимах электроприводов волочильного стана.

3. На основании исследований возможных способов реализации заправочного режима волочильного стана в системе ТРН-АД, установлена целесообразность применения квазичастотного способа формирования заправочной скорости при частоте напряжения У=20Гц, и определены рациональные параметры настройки системы управления, обеспечивающие минимум тока.

4. При формировании заправочного режима на частоте /т=20Гц длительность заправки сократилась в 3 раза, эквивалентный ток в 3,6 раза по сравнению с импульсным способом реализации заправочного режима и многократным повторным включением АД.

5. Предложен комбинированный способ формирования пусковых режимов в системе электропривода, сочетающий принципы квазичастотного и фазового управления и обеспечивающий снижение кратности пусковых моментов в 1,5-2 раза и пусковых токов в 2-2,5 раза, тепловые потери при этом снижаются на 15%.

6. В результате исследований пусковых режимов с использованием фазового управления установлены преимущества при двухтемповом изменении угла управления а, заключающиеся в снижении эквивалентного тока на 7% и тепловых потерь на 8%.

7. Обоснован выбор приводных двигателей по мощности. Установлено, что двигатели в среднем загружены на 70%, что в соответствии с технологическими требованиями к электроприводам волочильных станов позволяет рекомендовать повышение усилий волочения на 5-15%.

8. В результате технико-экономического анализа показателей работающей системы ТРН-АД на волочильном стане выявлена экономия электроэнергии в размере 10,3% и повышение производительности стана на 2,75%.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Макурин, Антон Сергеевич, 2005 год

1. Браславский И.Я., Ишматов З.Ш., Поляков В.Н. Энергосберегающий асинхронный электропривод. - М.: Академия, 2004. - 256с.

2. Радионов А.А., Усатый Д.Ю., Николаев А.А. Устройство для плавного пуска асинхронных двигателей волочильных станов // Электротехнические системы и комплексы №8. Магнитогорск: МГТУ, 2004. — с. 127-132.

3. Протокол испытания проволоки № 28 от 15.06.2004г. ОАО МКЗ, СКЦ-1.

4. Токарев Б.Ф. Электрические машины: Учеб. пособие для вузов. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 624с.

5. Ключев В.И. Теория электропривода: Учебник для вузов. М.: Энерго-атоиздат, 1985.-560с.

6. Волочильщик проволоки. Красильников Л.А., Лысенко А.Г. Учеб. пособие для СПТУ. Зе изд. М.: Металлургия, 1987. - 320с.

7. Красильщиков Р.Б. Нагрев при холодном волочении проволоки. М., Ме-таллургиздат, 1962. 87с.

8. Тиристорные преобразователи напряжения для асинхронного электропривода / Л.П. Петров, О.А. Андрющенко, В.И. Капинос и др. М.: Энергоатомиздат, 1986.-200с.

9. Харитонов В.А., Зюзин В.И., Белан А.К. Ресурсосбережение при производстве проволоки: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2003. — 194с.

10. Автономный измеритель-регистратор напряжений (АИР). Руководство по эксплуатации ЮГИШ. 411116.003 РЭ. г.Екатеринбург, 2002г.

11. Определение энергосиловых параметров процессов обработки металлов давлением косвенным методом / А.А. Радионов, Д.Ю. Усатый, А.С. Карандаев, А.С. Сарваров. М.: 2000. Деп. в ВИНИТИ 14.04.2000, № 1530-В99.

12. Ганнель В.Я. Электропривод волочильных станов и канатных машин. — М.: Металлургиздат, 1962. 175с.

13. Зудкин С.М. Электропривод и автоматика волочильных станов. М.: Металлургия, 1977.-208с.

14. Когос A.M. Механическое оборудование волочильных и листопрокатных цехов. М.: Металлургия, 1980. - 311 с.

15. Вешеневский С.Н. Характеристики двигателей в электроприводе. М.: Энергия, 1977.-431с.

16. Крупович В.И. Справочник по проектированию автоматизированного электропривода и систем управления технологическим процессом. — Зе изд. М.: Энергоиздат, 1982. - 416с.

17. Юхвец И.А. Волочильное производство. Учебник. 2е изд. - М.: Металлургия, 1965.-374с.

18. Перлин И.Л. Теория волочения. М.: Металлургия, 1971. - 448с.

19. Волочение стальной канатной проволоки без покрытия. Технологическая карта. ТК 176-МТ.ПР.02-26-2002. Магнитогорск: ОАО "МКЗ", 2002. -4с.

20. Волочение стальной проволоки. Технологическая инструкция. ТИ 176-МТ.ПР.02-1-01. Магнитогорск: ОАО "МКЗ", 2001. - 26с.

21. Волочильные станы фирмы "Грюна". Техническая документация. — Карл-Маркс-Штат: "Грюна", 1991. 109с.

22. Волочение стальной проволоки заготовки. Технологическая карта. ТК 176-МТ.ПР. -24-94. - Магнитогорск: ОАО "МКЗ", 2003. - 2с.

23. Азимов И.К., Храпченков O.K., Филатов С.А. Состояние и перспективы развития электроприводов и систем управления высокоскоростных волочильных станов // Электропривод. 1973. - №6. - С. 35-37.

24. Загорский А.Е., Захарова З.А., Пар И.Т. Тиристорные устройства для управления низковольтными электрическими двигателями // Промышленная энергетика. 1996. - №8. - С. 16-19.

25. Шамис М.А., Альтшуллер М.И. Устройство плавного безударного пуска высоковольтных двигателей переменного тока // Промышленная энергетика. 2002. -№12. - С. 31-33.

26. Мягкий пускатель MASTERSTART MSF. Руководство по эксплуатации. М.: Компания «АДЛ», 2000. - 82с.

27. Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MATLAB 6.0: Уч. пособие. СПб.: КОРОНА принт, 2001. -320с.

28. Брюханов В.Н., Косов М.Г., Протопопов С.П. Теория автоматического управления: Уч. пособие. Зе изд. - М.: Высш. школа, 2000. - 268с.

29. Асинхронные двигатели единой серии А2 и А02. Каталог-справочник. М.: Информэлектро, 1969. - 156с.

30. Геращенко Г.В., Тембель П.В. Справочник по обмоточным данным электрических машин и агрегатов. Киев.: Техшка, 1972. - 534с.

31. Справочные данные по электрооборудованию. Т-1. Электрические машины общего применения. -М.: Энергия, 1964. -326с.

32. Каюков А.С., Шубин И.Г., Пыхтунова С.В. Барабанные волочильные машины: Учеб. пособие. Магнитогорск: МГТУ, 2004. — 98с.

33. Анисимов В.А., Горнов А.О. Особенности тиристорных преобразователей напряжения для электроприводов механизмов массового применения // Промышленная энергетика. 1990. - №10. - С. 19-23.

34. Радионов А.А., Усатый Д.Ю., Линьков С.А. Основные направления реконструкции волочильных станов ОАО "Белорецкий металлургическийкомбинат" // Электротехнические системы и комплексы. — Магнитогорск: МГТУ, 2004. — с.69-73.

35. Макурин А.С. Состояние и перспективы развития электроприводов многократных волочильных станов // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. - Вып. 9. — С. 123-127.

36. Макурин А.С. Анализ требований к электроприводам многократных волочильных станов // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2004. - Вып. 8. - С. 67-68.

37. Ковач К.П., Рац И. Переходные процессы в машинах переменного тока/ Пер. с нем. М. Д.: Госэнергоиздат, 1963. 735с.

38. Конюхова Е.А., Михайлив В.И. Влияние параметров режимов работы асинхронных двигателей на их статические характеристики // Промышленная энергетика. 1990. - №10. - С. 23-26.

39. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. -М.: Энергоатомиздат, 1984.

40. Браславский И .Я. Асинхронный полупроводниковый электропривод с параметрическим управлением. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 224с.

41. Писарев A.JL, Деткин Л.П. Управление тиристорными преобразователями. М.: Энергия, 1975.

42. Шубенко В.А., Браславский И.Я. Тиристорный асинхронный электропривод с фазовым управлением. М.: Энергия, 1972.

43. Иглин С.П. Математические расчеты на базе Matlab. СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 640с.

44. Пиотровский JI.M. Электрические машины. JL: Энергия, 1972. — 504с.

45. Лукьянов С.И., Панов А.Н. Обработка экспериментальных данных. — Магнитогорск: МГМА, 1997. 75с.

46. Петров Л.П. Управление пуском и торможением асинхронных двигателей. — М.: Энергоиздат, 1981. — 184с.

47. Макурин А.С. Исследование и испытание системы ТРН-АД на волочильном стане "SKET 2500/6" // Труды XIII международной конференции по электроприводу переменного тока. Екатеринбург, 2005г. - с.267-270.

48. Макурин А.С. Исследование устройства мягкого пуска "Emotron" в лабораторных условиях // Электротехнические системы и комплексы: Меж-вуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГТУ, 2005. - Вып. 10. - С. 90-93.

49. Сарваров А.С., Макурин А.С. Разработка математической модели системы ТРН-АД для моделирования процессов на волочильном стане // Электротехнические системы и комплексы: Межвуз. сб. науч. тр. — Магнитогорск: МГТУ, 2004. Вып. 11. - С. 45-49.

50. Третьяков А.В., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке металлов давлением. Справочник. М.: 1973. — 235с.

51. Королев В.Д., Бушман Л.И. Модернизация привода волочильного стана // Материалы 63 й научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ за 2003-2004гг.: Сб. докладов. — Магнитогорск: МГТУ, 2004. с. 275-278.

52. Масандилов Л.Б., Гетман Ю.И., Мелихов В.Л. Особенности квазичастотного управления асинхронного двигателя // Электротехника. — 1994. -№5-6.-с. 16-20.

53. Лихачев В.Л. Электродвигатели асинхронные. М.: СОЛОН-Пресс, 2003.-304с.

54. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники: Электрические цепи. Учеб. для студентов электротехнических, энергетических и приборостроительных специальностей вузов. -7-е изд., перераб. и доп. —М.: Высш. шк., 1978.-528с.