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一同热轧主传动机电体系振动的毛病处理

1 情况简介某热轧厂R1 轧机为上下辊可逆轧机,电机功率为2 500 kW,采用三电平拓扑结构的大容量变频装置驱动,系统单线图如图1 所示。自投产以来,该轧

1 状况简介

某热轧厂R1 轧机为上下辊可逆轧机,电机功率为2 500 kW,选用三电平拓扑结构的大容量变频设备驱动,体系单线图如图1 所示。自投产以来,该轧机运转根本安稳;但在轧制钢种硬度较高以及有大压下量时,很少呈现的上下辊经过轧制资料构成的联合振动现象屡次发生在粗轧机上,这样电机速度振动,使电流跟着剧烈动摇而导致设备跳闸(跳闸波形如图2 所示)。经过投入SFC(外扰模型前馈操控)功用,并对速度环的呼应进行切换操控,即正常速度环的呼应频率为30 rad/s,在咬钢0.75 s后把速度环动态呼应频率从30 rad/s切换到15 rad/s,抛钢前再切换到30 rad/s。经过上述办法后R1电机的速度振动显着削弱,满意了轧钢要求。

2 毛病剖析

轧机的主传动体系是由若干个惯性元件与弹性元件组成的“质量绷簧体系”。R1 上辊轧机的传动数学模型如图3所示。在安稳加载时,体系不会发生振动;但在轧制负荷扰动下,“质量绷簧体系”会发生不安稳的周期性的扭振,扭振的频率便是质量绷簧体系的固有扭振频率。假如该固有频率与电气频率相吻合,整个传动体系就会处于不安稳状况,扭振状况的峰值转矩要比正常值大得多,然后加重了扭振对传动轴系各部件的损坏。

R1 是上下辊可逆轧机,体系结构如图4 所示。在通常状况下,由于轧制资料温度高、压下量适中,轧制资料动态弹性系数低,所以能发生必定阻尼力来衰减上下辊的振动。但当轧制资料温度低、硬度高及为高压下量时,轧制资料的阻尼力会削减,然后使上辊轧机经过轧制资料衔接成一联合振动体。联合体的传动数学模型如图5 所示。

经过仿真模型,计算出联合体的固有频率大约在8 Hz。原先电气操控体系设定的速度环呼应角频率为30 rad/s,对应的电气频率为4.78Hz。则

电气体系的频率与联合体的固有频率相挨近,然后形成上下辊联合振动,引起速度动摇大,使相应的电机电流动摇加重,以致超越过电流限幅值,导致变频设备跳闸。但当将咬钢在0.75 s的后速度环呼应频率切换到15 rad/s,则对应的电气频率为2.39 Hz,

这样,根本躲过了上下辊联合体的固有频率,防止了共振的呈现。

与此同时,经过投入SFC 功用,使衔接轴发生的扭振起伏与持续时刻也缩短,其结果是显着减小了速度动摇,保持了轧制进程的安稳运转。

3 毛病处理

3.1 对速度环的操控参数进行切换操控

该R1 上辊电机的规划参数与国内同类热轧R1 轧机的参数比照如表1 所列。从表1 中可看出,该R1 上辊电机的转动惯量小,大约只要国内同类R1 轧机的55%,因而该R1 上辊机电总转动惯量也显着减小。总转动惯量小的长处是减小了电机的体积与制形本钱,能够满意更高动态要求。

可是当电机的转动惯量减小(即图6 中的GD2削减),在接受冲击负荷时动态速降会添加,这样将对板形及轧机的安稳运转带来必定的影响,乃至会卡钢。

在规划体系时,为了防止过大的动态速降,有必要进步传动体系的动态呼应频率到30 rad/s,但在轧制钢种硬度较高以及大压下量时,该联合振动频率与电气频率挨近,形成上下辊联合共振。为了防止上下辊联合振动,速度环的呼应速度又不得不降到15 rad/s。抛钢时为了防止太大的速度上升,又不得不把速度环的呼应进步到30 rad/s。

3.2 投入SFC操控

一般双闭环操控体系在轧制扰动时,如咬钢时,进入轧辊间的板带的变形阻力使轧机传动遭到很大的制动力矩,破坏了原有的转矩平衡联系,电时机很快地减速,而速度调理器输出的转矩电流给定添加,企图使电机的电压添加。但另一方面,由于电机转速的下降,使电机的反电势下降,而电机的电流敏捷添加,使电流负反馈增大,体系力求经过电流调理器使电机的电压削减。这两个调理作用是对立的,由于电流环呼应快,然后延缓了转矩的添加速度,拖长了到达转矩平衡的时刻,加大了动态速降的起伏。这说明一般双闭环操控体系对轧制扰动的动态调理方面存在缺乏。

SFC 是日本学者提出的一种工程简化的外扰观测操控体系,SFC 的功用图如图7 所示。F1(S)、F2(S)、F3(S)构成SFC模拟器。该模拟器取电流给定作为输入量,经过一个等效电流环时刻常数的惯性滞后环节1/(TiS+1),近似得到电机的电磁转矩M赞 e,再经过积分环节1/JS 得到没有外扰条件的电机转速棕赞 M,用该转速与实践电机转速相减,求出受外扰影响下的速度改变棕赞 C,再经F3(S)(即份额环节输出外扰电流的补偿量)加到电流给定值中去,到达消在外扰影响的意图。SFC 投入前后动态加载时动态波形如图8 所示。从图8 可看出在SFC 投入后当衔接轴接受冲击负荷时,发生的扭振要比单纯双闭环操控体系有所改善,但并不能消除扭振。能够这么说,SFC 是治标不治本。

4 结语

由于原轧机在规划时,电机转动惯量小,抗负荷扰动才能差;又由于没有考虑到上下辊轧机或许经过轧制资料构成联合共振,然后导致上下辊轧机速度振动,变频设备维护跳闸。经过投入SFC操控,并对速度环的操控参数进行切换操控,一方面,进步了R1 轧机抗扰动才能;另一方面,经过速度操控参数切换,防止呈现联合共振。处理后的R1 轧机运转安稳,在负荷扰动时速度尽管还有必定的动摇,可是满意了轧制工艺的要求。

作者简介:

黄志刚,工程硕士,高级工程师,现在宝钢股份公司设备部电气技能室从事传动技能管理工作。

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