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镀锌线张力及驱动控制.doc

镀锌线张力及驱动控制

在你眼里我只是一小丑
2017-09-26 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《镀锌线张力及驱动控制doc》,可适用于工程科技领域

镀锌线张力及驱动控制职工培训教材目录第一章张力的作用及数值选择第二章张力的产生及协调关系第三章生产线驱动控制基础无锡中彩集团年月一张力的作用及数值选择张力的作用及其影响连续生产线的带钢必须在张力之下运行张力的最基本作用是保证带钢的正常运行即使带钢尽可能沿着生产线中心线运行而不致因走偏造成边部刮伤甚至断带。同时纠偏辊也只有在张力足够的情况下才能起到纠偏的作用。在镀锌生产线上连续进行着各种工序不同的工序各有其特点张力的产生和作用也不尽相同。有了张力辊就可以把各个区域的张力隔开在不同的区域设置不同大小的张力。开卷张力开卷张力主要是防止开卷时具有弹性的轧硬卷发生松动在开卷机轴上发生横向偏移形成喇叭状影响带钢沿着中心线进入生产线。清洗段张力清洗段一般需要较大的张力因为清洗段有很多的挤干辊、刷洗辊不管其是在动力作用之下主动运转还是无动力作用之下被动运行它们对带钢都有一定的作用力如果其轴线与生产线中心线不垂直或其水平度偏差较大都会造成给带钢的作用力与生产线运行方向不一致的现象会有一个侧向分力使带钢沿辊子的表面向侧面滑行严重时被箱体内的机件刮伤造成断带事故如图所示。生产实际表明这种现象经常发生。防止这一事故发生的办法除严格检测挤干辊、刷洗辊的垂制度、水平度以外就是适当加大清洗段的张力。FF侧侧向走F前偏图1挤干辊与生产线不垂直使带钢侧向走偏示意图活套张力卧式活套的张力过小除易造成钢带走偏以外还会使钢带严重下垂活套摆壁开合时对钢带造成刮伤甚至断带也会使钢带和卷扬机钢丝绳产生振动而引起张力的波动。一般卧式活套之后带钢便进入炉区活套张力过大会影响到炉区张力的稳定。炉区张力炉区张力控制是镀锌生产线的重点和难点这是因为炉区内带钢必须被加热到再结晶温度范围以上而生产线出现故障速度下降或停车时带钢的温度会更高。在~下的带钢的抗拉强度极低塑性很高。如果张力较高甚至由于张力波动造成的瞬时张力过高都会使带钢拉断而造成停产事故的发生。在生产线正常运行的情况下张力的作用也会使炉区带钢受到拉伸而发生宽度变窄的现象。在时带钢张力固定的情况下不同厚度的带钢宽度变窄的数值如下表。表1时炉内带钢宽度变窄数值带钢厚度(mm)带钢宽度变窄数值(mm)~~~>而在相同张力作用之下带钢在炉内宽度变窄的数值随炉温的升高而加大。因而在保证带钢正常运行的情况下炉内张力必须尽可能小。但正常情况下均会造成带钢一定数值的宽度变窄必须靠选择原材料时适当增加轧硬卷的宽度来弥补。大部分情况下带钢都或多或少地存在边部波浪现象。带钢通过辊子时中间接触较紧受到的力大一些而边部接触较松甚至不接触受到的力小一些甚至没有。炉内张力过大还会造成薄板在高温下连续发生打折的现象。这是因为在辊子附近整个带钢的横截面方向上张力不均匀而在离辊子一定距离的地方相对均匀这样在过渡区就会产生一对由两侧向中心的侧向力加上带钢在炉内的强度较低极易使带钢中部鼓起以打折状态进入炉鼻辊。如图2所示有时板形不良时带钢上会形成斜方向的应力流也会产生斜状打折。这种现象一旦产生就会使侧向力加大形成恶性循环很难恢复造成大量的废品必须立即降低板温和炉内带钢的张力才能消除。图2带钢在张力不均匀的情况下产生打折示意图图3带钢在斜方向张力作用下产生斜状打折示意图炉内张力还会影响到板形。张力过小时带钢在重力作用之下的下垂现象加大而边部的下垂现象更加明显在高温之下边部浪形加重给带钢通过气刀带来困难也加大了以后矫直的难度。如适当提高张力可以使带钢中心部位在高温下产生少量的塑性变形抵消部分边部浪形。工艺段的张力在工艺段带钢从沉没辊到冷却塔顶转向辊之间的距离很长如果张力过小会造成带钢的振动影响镀锌的均匀性如果带钢有少量边部缺口也易被气刀刮断。当然如果张力过大同样会使带钢产生C形弯曲即在横截面的方向上的弯曲影响横截面方向上的镀层均匀性并加大边部缺口被刮断的倾向。相对而言工艺段的张力必须比炉区张力大一些才能达到理想状态。光整机张力光整机对带钢的作用相当于压下量较小的轧机必须要更高的张力才能使带钢产生一定量的塑性变性并消除屈服平台。光整机张力由光整机专门控制。拉矫机张力拉矫机处张力最高正是在极高的张力作用之下带钢在尺寸较小的矫直辊上产生塑性变形消除波浪、改善板形并消除屈服平台。出口活套张力出口活套一般是立式活套活套张力的作用主要是防止钢带走偏。卷取张力卷取张力影响到钢卷的松紧。张力小了易塌卷张力大了又会使边缘过厚、气刀痕等缺陷的影响扩大化造成卷取翘边、抽筋等缺陷钢卷再打开时产生严重的边浪或中部波浪。在处理质量异议时经常出现客户反映远距离运输后厚板在外圈数圈同一位置发生局部变黑的现象这是因为卷取张力太小板与板之间的间隙过大在运输中受力部位发生相互摩擦造成的因而厚板的张力必须足够大保证板子之间紧密接触。张力数值的决定一般而言带钢的总张力与其横截面积大体成正比关系。带钢单位面积的张力叫单位张力单位张力的大小有一定的经验数据可以参考表是镀锌线各区域的单位张力参考数据可以采用单位张力乘以截面积的方法来计算带钢的总张力。T,qbh式中:T某区域的带钢张力kgkgmmq某区域的单位张力b带钢宽度mmh带钢厚度mm。表镀锌线各区域单位张力参考数据表kgmm单位张力()生产线区域形式正常~开卷化学处理过的钢卷~立式活套~入口活套水平活套~立式炉(带有热张辊)~退火炉卧式炉(带有热张辊)~卧式炉(无热张辊)~工艺段~光整拉矫高张力区专门控制出口活套立式活套~一般~卷取涂油卷~kgmm表彩涂线各区域张力系数参考数据表()区域入口入口活套清洗段初涂段精涂段出口活套卷取张力系数~~~~~~~张力与厚度和宽度的关系前面介绍了张力与厚度和宽度基本是线性关系但对于某一生产线而言必须保证一定数值的张力才能克服被动辊子的摩擦力保证辊子的同步运转同样最大张力也受到一定的限制所以在生产的产品厚度范围内当厚度较小的区段和厚度较大的区段实际张力和厚度都不是线性关系变化的斜率相对要小一些如下图所示。张力厚度图4带钢实际张力和厚度变化关系同样在某一生产线生产的产品宽度范围内实际张力取值也不是按绝对线性关系确定的比如mm宽的板子张力一般不是mm宽的板子的%而是取%左右。张力与钢种的关系生产线带钢的张力与钢材的屈服强度有一定的关系可按下面的公式进行验算。T,,bhks,张力系数它是带钢实际张力与带钢屈服极限的比值。ks张力系数的经验公式如下:kk,,(,hh)式中,,,系数根据机组的类型选取对于电解清洗机组对于重卷和准,,,,,,备机组对于纵切机组对于连续退火和镀层机组对于,,张力矫直机组。在生产实际中一般根据理论上的经验公式计算出一个不同规格不同区域的张力表进行试用根据试用中表现出的电机电流情况钢带运转情况产品质量情况等一系列综合结果结合各区域张力之间的协调关系进行调整再投入试用并不断调整最终才能得到一个比较合理的张力表。下面是某公司实际使用的张力表供参考其中光整机和拉矫机张力是初始设置数据正常运行时由控制系统自动控制。表镀锌线张力表举例(kg)厚度入口出口开卷机炉区工艺段光整机拉矫机卷取机mm活套活套二生产线张力的产生及协调关系从拔河游戏看生产线张力的关系生产线的张力是由开卷机、张力辊、活套卷扬机、卷取机等张力设备对钢带施加力量而且是共同作用的结果。为了更直观地理解这一点我们不妨把生产线看成是一个复杂一些的拔河运动把钢带看成是拔河的绳子而把各种张力设施看成是拔河运动员。所不同的是这条“绳子”钢带不是在一条直线上而是在生产线上绕来转去除头尾的两个“运动员”开卷机和卷取机是各自朝前拉和朝后拉的以外中间“运动员”张力辊不是分成两队对拉而是穿插在中间有的朝前拉有的朝后拉“绳子”带钢也不是固定不动的而是不断向前运动的是一种动中的平衡。另外带有转向辊的拉力装置我们可以把它看成是生产线的活套不管是水平的或立式的其作用力是一样的。我们可以画出绳子上的张力分布图从中可以看出从左到右如小人往左拉就使张力升高如小人往右拉就使张力下降。张力由零开始上升经过有升有降的整个过程后又归于零即向左拉的合力和向右拉的合力为零处于平衡状态。活套不改变钢带的张力但活套卷扬机必须提供带钢根数倍的力量来平衡前后的拉力。ghkgkg图5张力的产生110Kg65Kg60Kg25Kg图6拔河游戏拉力分析出口速度辊工艺段速度辊入口速度辊工艺段速度辊卷取机S出口活套SS拉矫机S光整机S工艺段热张辊炉区S入口活套S清洗段S开卷机TTT开卷TTT卷取TTTTTTTTTTTTTT卷取出活出活拉铰光整光整入活入活入活开卷图生产线实际张力的分布与平衡关系生产线实际张力的分布与平衡关系下面以新大中号线为例来分析张力的分布情况。从图7上可以看出张力辊设备有种不同的情形:()号S辊、号S辊、号S辊和卷取机是向前拉动钢带要消耗网上的电能将电能转换成带钢的张力。()开卷机、热张辊、号S辊虽然也在向前运转但是靠钢带拉动向前运转的而且电机通过减速箱给带钢施加了反方向的阻力矩或者说带钢的张力传递给了电机电机不但不消耗电能反而还能发电而往上提供电能。()号S辊、号S辊和号S辊分别是入口段、工艺段、出口段的速度辊它们虽然也能给带钢施加张力但其主要作用是保证生产线的速度在保证速度的前拉下提供必要的张力。()入口活套和出口活套一直处于拉动钢带的状态即使正常运行时不运转但也提供扭矩消耗电能。在生产线稳定运转的状态下如果不考虑摩擦、钢带通过辊子时弯曲消耗的能量等损耗处于电动状态的电机提供的张力和处于发电状态的电机提供的反方向的张力是大小相等、方向相反的电动机消耗的能量和发电机的能量也是相同的。但在事实上这种情况是不可能实现的所以生产线还是需要消耗动力。另外必须引起足够重视的是张力的波动问题。从理论上讲在正常运转的情况下整个生产线上所有的辊子都是作匀速转动张力也是平衡的。但会有各种各样的因素影响张力的平衡。比如入口停车焊接时平衡关系就会被打破开卷机张力很快由一定的数值下降为零号S辊由向前运转立即停止向后拉动带钢活套也由保持状态转为放套状态靠号S辊将活套内的带钢拉向炉内。出口停车剪切也是同样的情况。另外还有生产线速度的升速和减速、板形的变化、局部区域张力的调整、某个辊子的故障等等。这些情况不但会给电机和传动系统带来冲击也会使生产线的张力或速度造成很大的波动。事实证明整个生产线的张力都是相互联系的牵一发而动全身入口发生的情况也影响到出口出口发生的情况也会影响到入口。这些张力波动达到一定的数值就会造成断带事故的发生。防止办法一方面就是靠操作时平缓的升速平缓的减速、停车另一方面必须在进行驱动设计时设置专门机构来消除张力的波动。有一家公司在生产薄板入口停机时经常发生号S辊处断带事故到了无法正常生产的程度给公司带来的损失很大。起初都认为是原材料问题确实生产某些公司的原材料时断带事故少些而生产另一些公司的原材料时断带多一些。但本人经现场观察分析断口是被瞬时较大的张力拉断的于是判断是入口停车速度过快开卷机巨大的拉力瞬时消失号S辊立即由拉动钢带向前运转改为停车并向后拉动带钢而轧硬钢板脆性很大瞬时张力波动便造成轧硬板被绷断。经了解操作人员原来为了防止焊接时间不够采取了急停的办法导致了事故的发生。于是要求他们按正常程序操作正常停车改为增加活套储存量来保证焊接时间使问题得到了根本性的解决也给操作者提供了充足的时间。张紧辊的张力放大作用从前面的图上可以看出正是由于有了张紧辊的作用才使带钢的张力在基原础上相对增加或减小从而满足不同区域的工艺要求。张紧辊对带钢的作用是通过辊面与带钢之间的摩擦力形成后由于摩擦力与正压力成正比即只有在辊子上的带钢被拉紧给辊子表面施加正压力时才能产生摩擦力才能增加或减小带钢的张力。如果带钢没有原始张力处于松弛状态则张紧辊使不上劲就改变不了钢带的张力。而且正压力越大静摩擦力越大能使带钢增加或减小的最大张力越大。从这个意义上讲张紧辊并不是在带钢上加上或减去张力而是放大或缩小张力。图张紧辊对带钢的作用如图所示根据欧拉公式张力辊入口与出口的张力的关系为:T,,,,T,Te,e或TT式中:张紧辊入口端带钢的张力N张紧辊出口端带钢的张力NT辊子与带钢的摩擦系数对于钢辊退火炉前=退火炉后=,,,~对于表面包胶的辊子在退火炉前=退火炉后=~,,,带钢在辊子上的包角rade自然对数e=。,,式中又叫放大倍数即通过张紧辊后张力放大或缩小的倍数。e下面分几种情况来讨论:a当T>T时辊子转动方向与力矩方向一致张紧辊主动的拉动带钢使张力增加处于电动状态从由网上消耗能量转为带钢的张力。b当T<T时力矩方向与辊子转动方向相反张紧辊被动的被带钢拉动使张力减小处于发电状态将带钢的张力转为电能向电网上供电。c对于1号张紧辊和8号张紧辊当入口停车焊接或出口停车剪切时辊子的入口端或出口端的张力为零这时为了张力辊能发挥作用必须在无张力的一端压下缓冲辊将带钢压住绷紧。在生产线卸去张力爬行时带钢基本上处于松弛状态也必须合上缓冲辊使带钢拉紧才能前行。,d一般一组张紧辊有两只辊子和相同则:,,,T,Te,,T,Te,,总T,Te即:,式中:总包角。总说明使用2个辊子的效果是使总包角增加了2倍而张力放大倍数则提高了2次方倍。如果工艺要求张紧辊对张力增加或减小的数值高于放大倍数后的数值则说明2辊的包角已经不够了必须采用辊、或辊来增加包角提高放大倍数。生产线各区域张力的产生和关系开卷张力开卷机至号S辊之间的张力是由于生产线运行时开卷处于发电状态给带钢施加一个反方向的力矩形成的大小即为开卷机产生的张力值可以用调整开卷机的电流大小来调整。活套张力生产线建张运行时活套电机处于电动状态产生一个将活套小车拉向前的力矩。但大部分情况下活套处于保持一定储存量的状态即活套电机的速度为零。活套电机通过减速机提供的力矩平分到各层带钢上便使带钢拉紧形成了活套的张力其大小通过调整活套电机的电流来实现。脱脂张力为了使脱脂段的张力高于活套的张力设置了号张紧辊在活套卷扬机提供了一个向前拉力的基础上再由号张紧辊给带钢施加一个向前的拉力所以脱脂段张力为活套张力和号张紧辊张力之和。由于活套张力必须根据活套内带钢运行的需要来给定所以脱脂段的张力大小采用调整号张紧辊的张力即号张紧辊电机的电流来实现。号张紧辊辊的作用号张紧辊是入口的速度基准辊它是速度控制模式即不管张力多大都保持按给定的速度运转。所以可以调整其速度而不可以调整其电流它的电流是为了保证一定速度自动调节得到的所必须的电流。事实上由于板形的原因和张力的波动其电流也相对会有一定的波动。如果考虑带钢在张力作用下的伸长则在号张紧辊前的卷取机上带钢的线速度低于号张紧辊上的带钢的线速度而在号张紧辊后面的号张紧辊上带钢的线速度大于号张紧辊的线速度。而且除了速度基准辊外的张力辊和开卷机上带钢的线速度也是有一定的波动的它们的作用是把带钢绷紧达到一定的张力这一点与速度基准辊是有本质上的区别的。入口段的张力是平衡的入口活套和号张紧辊向前的拉力与开卷机向后的拉力两者之间差的部分即是由号张紧辊来平衡的。入口速度辊就是在保持速度不变的情况下补偿张力的偏差产生向前或向后的张力。炉区张力活套张力较大而炉区带钢不能施加过大的张力因而设计了一个号张紧辊向前拉动带钢抵消了一部分活套卷扬机向后的拉力即炉区张力是活套张力和号张紧辊张力之差。与脱脂段一样炉区张力大小靠调整号张紧辊张力即号张紧辊的电流来实现。需要特别注意的是活套内张力波动较大这是因为一方面活套内带钢和卷扬机的钢丝绳有一定的下垂震荡的倾向另一方面活套必须经常充套放套即需要加速减速。而炉内带钢的强度很低不能承受张力的波动极易造成很麻烦的断带事故。因而在靠张力辊调节炉内张力的基础上还必须进行特别的闭环微调处理即不断的调节号张紧辊的张力来保证炉内张力的波动尽可能的小。工艺段张力炉区带钢张力较小而工艺段需要稍大的张力在炉内的热张辊发挥了作用它向后拉动带钢使工艺段的带钢张力大于炉内的张力即工艺段的张力是炉区张力和热张辊张力之和。工艺段张力大小靠调整热张辊的电流来实现。光整机张力光整机前面是整个生产线张力最高的拉矫机后面是张力处于中等范围的工艺段而光整机张力介于两者之间因而设计了一个号张紧辊将带钢往后拉使光整机张力在工艺段的基础上有所提高即光整机张力是工艺段张力和号张紧辊张力之和其大小通过调整号张紧辊的电流来实现。光整机大部分情况下使用压力模式这时号张紧辊是张力模式。也有时使用延伸率模式这时号张紧辊就转为延伸率模式。其原理参见拉矫机。这样号张紧辊也能帮助号张紧辊辊将带钢往后拉减小了其负荷为带钢进入高张力的拉矫区做好了准备。拉矫机张力号张紧辊是工艺段的速度基准辊也是整个生产线的速度基准辊我们所说的生产线速度就是号张紧辊的速度而所谓的入口、出口速度与工艺段同步也就是指入口或出口的速度基准辊与号张紧辊同步。号张紧辊与号张紧辊之间的控制也是速度控制模式即不管张力多大都要保证其速度6号张紧辊快于号张紧辊这个速度差与号张紧辊速度的比值即拉矫机的延伸率即:v,v,,%v式中:拉矫机延伸率%,v号张紧辊的线速度mminv号张紧辊的线速度。mmin延伸率的产生在本生产线是靠同一驱动的主电机带动差动齿轮减速箱来实现的。即有一只副电机使号张紧辊的减速箱输出速度比5号张紧辊的减速箱快一些。这种结构机械部分比较复杂目前随着变频调整技术的发展大多采用只变频调整电机来驱动。拉矫机保证的是延伸率而其实际张力与带钢的塑性有很大的关系。即塑性好时带钢易伸长张力较小电机输出的转矩可以小些而塑性差时带钢需要很大的拉力才发生变形电机不得不输出很大的转矩。因而如果退火效果不好则拉矫机的张力辊电流很高而且经过矫直后的带钢浪形消除效果也不好甚至会出现原来带钢没有浪通过拉矫机后反而产生了边浪的怪现象。7号张紧辊7号张紧辊辅助6号张紧辊将带钢往前拉适当降低后处理区的张力这也是出口活套的张力。出口活套的张力出口活套虽然是立式活套但其张力与卧式活套一样由卷扬机拉动活套小车产生张力其大小由卷扬机输出的扭矩决定。8号张紧辊8号张紧辊是出口速度辊其作用与入口号张紧辊一样。卷取张力卷取机一直处于电动状态将带钢往前拉紧产生张力大小为卷取机输出的张力由其电机电流来调整。三生产线驱动控制基础生产线带钢的张力来源于电机的驱动正是在电机的驱动下各个辊子的速度不同前面辊子的速度大于后面辊子的速度才使带钢绷紧即有了张力。所以必须从电机驱动知识入手才能完全掌握张力控制的真谛灵活自如的调整生产线张力达到既保证产品质量又保证设备正常运转的最佳状态。变频调速技术简介以前的生产线都是采用直流驱动那是因为当时的驱动技术只能对直流电机实现调频调压控制使电机的转速和输出力矩按照生产线工艺要求调整而交流电机只能在Hz工频下按一定的速度运转。但直流电机体积大、结构复杂、维修费用高给生产线的管理和运行成本带来很大的影响。目前随着变频调速技术的发展特别是矢量控制技术的成熟使交流异步电动机全面取代了直流电机使用到各种连续运行的生产线中。矢量控制的交流变频电机与传统的直流电机相比不但结构紧凑、维修费用小而且其机械特性、调速精度都可以与直流电机相媲美。交流异步电机变频调速原理交流异步电机的转速公式为:fn,(,s)p式中:f定子供电的频率Hz定子线圈磁极对数ps转子转速与定子旋转磁场转速之间的转差率n电机转速。rmin由上式可知对于一台电机来说s和p都是固定不变的只要平滑的调节其供电f频率就可以平滑的调节其转速这是变频调速最基本的原理。变频调速系统的特性通过变频器以后使变频发生了变化电压有什么变化呢?我们再看异步电机定子绕组的感应电动势E的关系公式:E,kfN,rm式中:气隙磁通在定子每相中感应电动势的有效值VE定子频率Hzf定子每相绕组串联匝数N与绕组有关的结构常数kr,W每极气隙磁通量。mb上式中k、N对于同一台电机而言基本是常量而定子每相感应电动势与电机r输入电压基本相等所以:V,E,kf,mV,,,或mkf式中:对于同一电机而言不变的比例系数。kVV由于电机的电压不能大于额定电压否则会烧坏绕组。因而当改变以后的频NV率大于电机的额定频率(一般为Hz)时即在基频以上调速情况下最多只能使=V,f即随着的上升气隙磁通减弱最大输出扭矩也减小输出功率基本不变。Nm所以在基频以上调速属于恒功率调速。,同样气隙磁通也不能大于额定的气隙磁通否则会产生过大的励磁电流使m电机的功率因素、效率下降严重时也会因励磁电流过大而烧坏电机。因而当改变以后,的频率小于电机的额定频率(一般为Hz)时即在基频以下调速时最多只能使mV,f=即随着的上升或下降输入电压也同步上升或下降即=常数。这时磁mNf通基本不变扭矩也恒定属于恒扭矩调速。fV综上所述变频调速系统中变频器输出的频率和电压和电机的转速和扭矩之间的关系曲线如图所示。TV电压V曲线扭矩T曲线恒扭矩调速恒功率调速基频fn图变频调速输出曲线变频调速系统的主电路交流AC整流器直流DC逆变器交流ACURVVMSWHZT--恒压恒频变压变频(CVCF)(VVVF)图变频调速系统的主电路示意图变频器的主电路分为两大部分。一部分是整流器它是将供电网上的V、Hz的恒压恒频交流电经六个二极管整流电路变成平均电压约V的直流电。另一部分是逆变器它是将整流器输出的直流电重新转换成频率和电压可以调整的交流电以驱动电机。经过变频器输出的仍然是交流电但是频率和电压按照我的要求发生变化的交流电所以本质上发生了变化。这种将交流转换成直流再将直流转换成交流的变频器叫做交直交变频器。当然为了使输出的频率和电压能满足我们的要求必须有一套复杂的运算和控制电路来控制逆变器。变频器各部分参数的相互关系变频器调速系统各部分物理参数如图所示:图变频器调速系统各部分物理参数示意图a根据能量守恒原则忽略各部分功率损耗的情况下变频器的输入功率直流回路的功率变频器的输出功率即电动机的输入功率电动机轴上的输出功率都是基本相同。b在基频以下调频时频率下降负载转矩基本不随频率的下降而变化各部分的功率的变化情况分析如下电机输出功率公式:TnMMP,M式中:P电动机轴的输出功率kwMT电动机的转矩N,mMn电动机的转速。rminM从中可以看出功率随着电机转速即频率的下降而下降。c随着输出频率的下降输入端电压不变频率不变电流下降。直流回路的电压不变电流下降。输出端的电压下降频率下降电流基本不变。变频器的输出电流与张力变化的关系电动机的输入功率:P,VIcos,MMM式中:P变频器的输出功率也是电动机的输入功率kwMV变频器的输出电压也是电动机的输入线电压VMI变频器的输出线电流也是电动机的输入线电流A。M而电动机的输出功率:TnTfMMM(),,,PsMp忽略电动机的功率损耗则:P,PMMpT,VIcos,即:MMM(,s)fVMT,KI因为:=常数所以:MMf即转矩的大小正比于电机的线电流我们可以借助于这一规律通过调节电机的电流来调节扭矩。进一步分析如下:减速TMTL比ΔTi图扭矩与张力的关系减速机输出扭矩T:LT,iTLM式中:减速箱减速比。i对张力辊或卷扬机而言带钢获得的张力差:,TTTLL,,,TDD式中:D张力辊辊径或卷扬机卷筒直径。这就说明通过调节电机的电流进而可以调节带钢张力增加或减少的数值。共同直流母排的优越性一条生产线驱动用的电机很多需要很多的变频器可以使用专用直流母排的方案统一将网上的交流电转换成直流电后再分配到各个变频器中如图所示。VHZI卷I开逆逆逆„„整流器变变变器器器MMM~~~开卷机电机#张紧辊电机卷取机电机图生产线电机共同直流母排示意图这里的变频器其实只是变频器的逆变频部分因而这种方案使设备变得更为简单。更重要的一点镀锌线正常运行时部分电机处于电动状态(如卷取机)部分电机处于发电状态(如开卷机)这样发电机就可以给电动机提供电能减少从网上消耗的电能形成电能的内部循环节省整体的电力消耗。矢量控制基本原理传动系统的机械特性在电机驱动系统中一般负载转矩的变化会引起电机转速的变化负载扭矩增加会引起电机转速的下降而负载扭矩的减小也会引起电机转速的上升。这种电机转速最n,f(T)负载扭矩变化而变化的关系的曲线称为电机的机械特性。而转速随负载扭矩变化的程度被称之为“硬度”。TTnn如图所示当负载转矩从增加到时系统的转速由减小为但减小LL的幅度不大称之为硬特性。如果在同样的负载转矩变化中系统的转速变化很大则称之为软特性。直流同步电机和机械特性很硬所以最早用于钢铁连续生产线。而在无变频调速系统控制时交流电机的机械特性较软只有通过变频调速控制才能满足连续生产线传动的需要。a较硬的机械特性b较软的机械特性图传动系统的机械特性变频调速的PID调节为改善交流电机在调速过程中的机械特性和调速特性就必须采取一定的控制方式。一般来说镀锌线采用的都是有反馈矢量控制方式即是带有速度反馈的闭环控制模式。n什么叫闭环控制呢?虽然我们给变频器发出了达到一定转速的指令()变频器T也按照这个指令去做了但做的效果如何即实际电机的转速是多少不一定就是我们n发出指令的数据总会有一个偏差值我们采用编码器测出电机的实际转速()再Fnn与我们所需要的转速相比较得出的差值(-)再输入到控制系统中去便形成TFnn了闭合的控制回路称之为闭环控制系统闭环控制的目的就是使偏差值(-)TF趋于零。设定转速nT编码器K(nn)PTF变频器电机反馈图闭环控制系统示意图但如果我们直接将偏差值(-)输入到变频器中由于最终(-)nnnnTFTFk必将使变频器的输出频率为零电机反而停转。所以我们必须将差值放大倍后再作为p给定信号输入这种调节方式叫P调节。n,k(-)nnGpTFn式中:变频器的频率给定信号Gk放大倍数(又叫比例增益)pn目标转速Tn编码器测出的实际转速。F,我们把调节后稳态时的目标转速与实际转速的误差叫偏差或静差()。显然放大倍数越大静差越小但放大倍数过大则会引起“超调”即调过了头于是又反过来调小再次“超调”反覆震荡后才趋于目标值。图PID调节输出量随时间变化曲线为消除控制系统的震荡又增加了积分环节(I)调节。有了I调节以后使实际转速逐步接近目标转速而不致超调如图所示。这种调节叫PI调节。但因积分时间太nF长当目标值急剧变化时又会出现实际转速不能及时变化的情况。nnTF为了克服PI调节时间太长的问题可以增加微分环节(D)调节提前给出较大的调节动作从而缩短了调节时间这样的调节叫做PID调节。不过一般镀锌线只要PI调节就够了而在炉区参数控制中会有PID调节。矢量控制系统原理不但有数值的大小而且有方向性的量叫矢量。在异步电动机控制中的磁通、磁通势、电流、电压等不但有大小而且都有方向甚至有的方向在不断的变化所以都是矢量。直流电机有两个独立的定子绕组和转子绕组即励磁电路和电枢电路是相互独立的可以分开控制所以控制其转速或扭矩很方便。而交流异步电机只有定子绕组励磁电流和转矩电流都包含在定子电流内所以控制很复杂。通过建立数学模型可以将交流异步电机的矢量经过坐标变换从而等效成直流电机即将异步电机的定子矢量转换成产生磁场的电流分量(励磁电流)和与其垂直的产生转矩的电流分量(转矩电流)并模仿直流电机的控制方法分别加以控制然后再经相互的坐标反复换将此信号控制变频器就可以输出异步电动机调速所需的变频电流。双闭环控制系统为了分别控制生产线的速度和张力一般电机均采用双闭环控制系统。实际转矩电流反馈转速张力转矩给定控制模式内环电流调节环选择转矩补偿转矩电流指令转矩电流PID转速PID电机逆变桥幅器限调节器调节器~励磁电流指令外环转速调节环变码器实际转速反馈图双闭环控制系统实现了转速和电流两种负反馈控制再系统中设置了转速PID自动调节器和电流PID自动调节器两者之间实现串联。即把转速调节器的输出作为电流调节器的输入再用电流调节器的输出去控制逆变桥晶闸管的触发装置。从闭环结构上看电流调节环在里面叫内环转速调节环在外面叫外环。转速调节和电流调节在生产线上就是速度控制模式和张力控制模式。对于张力辊采用张力控制模式这时人为的将转速自动调节器处于饱和状态不起调节作用而将所需要产生的张力折算成额定转矩的百分比作为转矩限幅器的限幅给定。对于速度基准辊采用速度控制模式将所需要的带钢线速度折算成电机额定转速的百分比作为转速调节器的速度给定并同时将所需要产生的张力折算成电机额定转矩的百分比作为转矩限幅器的限幅给定。张力辊在未建张爬行时开卷机在未建张送板时也是速度控制模式。工作在哪一种模式由程序控制系统自动进行切换。镀锌线主要驱动控制模式镀锌线除了张紧辊的两种主要控制模式之外部分设备的控制还有其特点。开卷机张力控制开卷机的转速给定为实际转速和额定转速的百分比由带钢线速度计算出如下:vi,n,kDn,en式中:开卷机转速给定%kv带钢线速度mmin传统系统的速比iD钢卷直径mn开卷机电机的额定转速rmin。e开卷机的转矩给定为实际转矩和额定转矩的百分比由带钢的张力计算出如下:TDT,RiTeT式中:开卷机的转矩给定%R带钢张力NTT开卷机电机的额定转矩。N,me开卷机的转矩补偿包括空载转矩和加速时的动态力矩可由实测得到。值得特别提出的是上述计算中都与卷径有关而实际运行中卷径是在不断变化的因而必须使用专门计算模块一般是配置T工艺板PLC将初始卷径、带钢厚度、速度反馈值等数据送入T它就能自动计算出某一时刻的卷径从而实现卷径变化时张力的恒定控制。活套张力控制系统活套的转速给定和转矩给定可参照开卷机的公式计算所不同的是速度给定必须除以带钢层数而转矩给定必须乘以带钢层数。另外活套按卷扬机卷筒的直径计算是不变的。活套的转矩补偿有两种方法一种是实测闭环控制一种是综合计算。由于活套内带钢较长且活套张力波动较大精确的控制模式是闭环控制即在活套层数一半的转向辊下面安装一只张力传感器计算出活套的实际张力并与设定值进行比较计算出差值通过PI调节器运算后作为偏差值补偿输入控制系统。综合计算法是增加一块T工艺板综合计算摩擦附加转矩、带钢重量附加转矩、动态惯量附加转矩等参数。活套大部分情况处于储量保持状态电机不转动但仍能准确的输出扭矩这是一种零频率下的扭矩输出。是在矢量控制之下才可以实现的与无变频异步电机的堵转状态有根本性的区别。炉内张力控制系统炉内张力必须精确控制因而都采取特殊的调节办法。新大中采用的是跳跃辊和号张力辊联动的办法。跳跃辊是恒张力控制模式根据工艺要求输出一定的扭矩。在炉内张力发生波动的情况下如炉内张力大于跳动辊输出的扭矩则带钢拉动跳动辊向上移动这时位置传感器给号S辊一个信号号S辊输出扭矩加大由于炉内张力是活套张力与号S辊的张力之差所以炉内张力减小跳动辊电机驱动跳动辊向下移动恢复到正常状态。反之益然。目前新设计的生产线大多不用跳动辊而直接使用一只三辊张力测量装置将测量的结果反馈到号S辊调节的原理与上面一样。这样号S辊的速度和张力都是不断变化的所以既不是自身的恒速度控制也不是自身的恒张力控制而是恒炉内张力控制反映到外部表现就是炉内张力稳了而号S辊的电流和频率都在不断的变化。炉区控制系统信号传递前处理#张力辊转向辊跳动辊齿条传感器齿轮减速箱变频调速电机图跳动辊调节炉内张力示意图在炉内等处带钢在自重作用下的下垂度可由以下公式计算:LW,hT式中:h钢带的下垂度mmL自由下垂段的水平距离mmW带钢的比重()T带钢张力kg。TTL图带钢自由下垂量卷取张力控制与开卷一样卷取张力也必须采取恒张力卷取不随卷厚的变化而变化。但为了既防止张力小了造成塌卷的缺陷又防止张力大了造成鸡心卷的缺陷可采用内紧外松的卷取方式即在内部~mm厚的内芯处将张力提高到平均张力的倍然后再采取恒张力卷取。张力TT~~卷厚图带锥度的张力曲线张力的损耗及功率计算以上的计算中都没有考虑张力的损耗其实在计算时还必须考虑这方面的因素。张力的摩擦损耗T对于有动力的开卷机、张紧辊等张力的摩擦损耗可以通过空载时的电流或扭矩计L算出来而被动辊只能靠经验估算。下面是一组经验数据:开卷机或卷取机在无钢卷时:kg开卷机或卷取机有最大钢卷时:~kg有驱动的转向辊:~kg无驱动的转向辊:~kg沉没辊+两只稳定辊:~kg带钢折弯张力损耗带钢在辊子上折弯并包住辊子会消耗一定的张力单只辊子在折弯时的计算公式如下:弹性折弯张力损耗:,tbsT,LD塑性折弯张力损耗:,tbs,TLDT式中:折弯张力损耗kgL,kgmm带钢的屈服强度s带钢的厚度mmt带钢的宽度mmb辊子的直径mm。D注意:在计算某个区域点的带钢折弯张力损耗时必须考虑所有辊子。折弯约为折弯的。驱动功率计算开卷机、卷取机、张力辊所需的驱动电机选择可以根据最大张力所需的扭矩以及各种扭矩损失之和确定所需额定扭矩也可通过最大张力和张力损耗计算出的张力总和与生产线速度确定最大功率。P,TvW总P式中:所需的电机功率kwWT带钢获得的张力以及损耗掉的张力总和N总v带钢线速度mmin。

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