基于開卷電機(jī)工作電流分析合理安排生產(chǎn)工藝

熊克凱

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

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基于開卷電機(jī)工作電流分析合理安排生產(chǎn)工藝

熊克凱

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039)

通過(guò)對(duì)開卷電機(jī)整個(gè)軋制道次穩(wěn)速和升速過(guò)程中工作電流的分析，指導(dǎo)合理安排生產(chǎn)工藝。

升速；空載補(bǔ)償；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償

直流電機(jī)的良好調(diào)速性能使其在冶金行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用， 尤其是作為開卷機(jī)和卷取機(jī)的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用。目前大多開卷和卷取電機(jī)的控制方式為最大力矩方式，其控制原則是電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁磁通與鋁卷直徑變化無(wú)關(guān)，僅取決于電機(jī)轉(zhuǎn)速。在基速以下，電動(dòng)機(jī)是滿磁狀態(tài)，電流與卷徑成正比，可以輸出最大力矩；在基速以上，電動(dòng)機(jī)按弱磁升速，即電樞電流恒定，隨卷徑增加而加大勵(lì)磁電流。這種方式電機(jī)在基速以下可以輸出最大力矩，基速以上又可以輸出最大功率，使電機(jī)得到充分利用，完全滿足冷軋機(jī)低速大張力、高速小張力的工藝要求。

目前，典型的冷軋機(jī)配置上一般選用多臺(tái)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器串聯(lián)共同驅(qū)動(dòng)。在冷軋機(jī)上一般只選用1臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊為4象限模塊，而其他電機(jī)則選用2象限模塊，此時(shí)需要對(duì)開卷卷取電機(jī)的工作電流進(jìn)行分析計(jì)算，從而合理安排生產(chǎn)工藝， 以確保能夠滿足使用。本文以開卷機(jī)為例進(jìn)行分析。

1 開卷機(jī)基本參數(shù)

現(xiàn)有一臺(tái)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)開卷機(jī)，基本參術(shù)如下：

電機(jī)型號(hào)：Z450-4A(上電)，DC 2×425kW，443/1500r/min，440V/約1056A；

絕緣等級(jí)：F級(jí)；防護(hù)等級(jí)：IP44；

勵(lì)磁方式：他勵(lì)；他勵(lì)電壓：310V；

張力范圍：

低速檔： 速比i=8.26，最高速度340m/min；

雙電機(jī)12.5～150kN；

單電機(jī)6.25～75N；

高速檔： 速比i=3.126，最高速度720m/min；

雙電機(jī)5～60kN；

單電機(jī)2.5～30kN；

帶材直徑：665～2100mm；

帶材寬度：850～1350mm；

驅(qū)動(dòng)裝置：ABB DCS800-S02-1500-05 4-Q 1臺(tái)和 ABB DCS800-S01-1500-05 2-Q 1臺(tái)。

2 開卷機(jī)工況分析

在冷軋機(jī)開卷機(jī)應(yīng)用中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速方向和電機(jī)的出力方向相反，整個(gè)軋制工作周期中開卷機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，只在第2象限運(yùn)行；而在輔助操作如點(diǎn)動(dòng)時(shí)，工作在電動(dòng)狀態(tài)，故需要電機(jī)能夠4象限運(yùn)行。

3 驅(qū)動(dòng)模塊類型

驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)選型時(shí)，從節(jié)約設(shè)備成本考慮，一般只選用1臺(tái)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊為4象限模塊，而其他電機(jī)則選用2象限模塊。4象限模塊由兩組整流橋反并聯(lián)構(gòu)成，而2象限模塊只有一組整流橋，只能朝一個(gè)方向出力。所以，在實(shí)際的生產(chǎn)中避免出現(xiàn)需要模塊輸出反向電流的情況。

4 電機(jī)工作電流分析

開卷電機(jī)總轉(zhuǎn)矩M由三部分組成，張力矩Mf、摩擦阻力矩M0和動(dòng)態(tài)力矩Md。

M=Mf-M0-Md；

電機(jī)轉(zhuǎn)矩公式為M=CMφI，式中，CM為直流電機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)。電樞反電動(dòng)勢(shì)公式為，E=Ceφn，式中，Ce為直流電機(jī)電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。

以張力給定8kN，帶材寬度1350mm為例進(jìn)行分析(表1、2)，電機(jī)和機(jī)械結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量150kg·m2。

表1 開卷機(jī)高速檔雙電機(jī)工作電流分析

表2 開卷機(jī)高速檔單電機(jī)工作電流分析

續(xù)表

帶材直徑/m電機(jī)轉(zhuǎn)速/rpm弱磁比B/f/F電機(jī)總額定出力/kN·m張力電流(單機(jī))/A動(dòng)態(tài)力矩(總)/kN·m動(dòng)態(tài)電流(單機(jī))/A空補(bǔ)電流(單機(jī))/A電機(jī)工作電流倍數(shù)穩(wěn)態(tài)動(dòng)態(tài)帶材慣量(電機(jī)側(cè))/kg·m20．977360．605．51236-0．72-143-840．220．01250．878230．544．93236-0．75-167-940．22-0．02130．779330．474．35236-0．81-204-1060．22-0．0750．6710770．413．77236-0．90-262-1230．22-0．140

從表1、2可以看出，當(dāng)張力給定為8kN時(shí)，使用雙電機(jī)工作會(huì)使得電機(jī)在軋制過(guò)程中電流偏小，只有百分之十幾，特別是升速過(guò)程，會(huì)使得電流只有3%；在小卷徑情況下升速更是會(huì)需要負(fù)的電流，此時(shí)使用2象限模塊就無(wú)法正常工作；張力在8kN以下更是如此，嚴(yán)重影響張力控制精度。而此時(shí)如果使用單電機(jī)工作，可以使得在穩(wěn)速軋制時(shí)單電機(jī)的電流保持在20%以上，升速過(guò)程電流在6%～7%，在小卷徑下升速雖然會(huì)需要負(fù)電流，但此時(shí)只是4象限的模塊在工作可以滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)電機(jī)工作電流的分析，從而透徹了解設(shè)備的生產(chǎn)能力，在充分利用設(shè)備能力的情況下合理安排生產(chǎn)，使電機(jī)在合理穩(wěn)定的工況下工作，提高張力控制精度，從而為穩(wěn)定、高質(zhì)、高效生產(chǎn)提供保證，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 李獻(xiàn)國(guó).鋁帶箔冷軋機(jī)卷取電機(jī)動(dòng)態(tài)力矩分析[J].有色金屬加工,2004,(4):53-56.

[2] 曹承志.電機(jī)、拖動(dòng)與控制[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

[3] 天津傳動(dòng)技術(shù)設(shè)計(jì)研究所.電氣傳動(dòng)自動(dòng)化技術(shù)手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2005.

Optimization of Production Process Based on Working Current Analysis of Decoiler DC Motor

XIONG Kekai

(China Nonferrous Metals Processing Technology Co., Ltd., Luoyang 471039, China)

Based on the analysis of working current of decoiler DC motors in speed stabilization and acceleration for the whole passes, the paper put forward the way to optimize production process.

acceleration; idle compensation; dynamic compensation

2015-05-21

TG333.2+5

B

1671-6795(2015)06-0059-03