熊克凱

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

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基于開卷電機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 471039)

通過對開卷電機整個軋制道次穩(wěn)速和升速過程中工作電流的分析，指導(dǎo)合理安排生產(chǎn)工藝。

升速；空載補償；動態(tài)補償

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

目前，典型的冷軋機配置上一般選用多臺電機通過聯(lián)軸器串聯(lián)共同驅(qū)動。在冷軋機上一般只選用1臺電機的驅(qū)動模塊為4象限模塊，而其他電機則選用2象限模塊，此時需要對開卷卷取電機的工作電流進行分析計算，從而合理安排生產(chǎn)工藝， 以確保能夠滿足使用。本文以開卷機為例進行分析。

1 開卷機基本參數(shù)

現(xiàn)有一臺直流電機驅(qū)動開卷機，基本參術(shù)如下：

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

絕緣等級：F級；防護等級：IP44；

勵磁方式：他勵；他勵電壓：310V；

張力范圍：

低速檔： 速比i=8.26，最高速度340m/min；

雙電機12.5～150kN；

單電機6.25～75N；

高速檔： 速比i=3.126，最高速度720m/min；

雙電機5～60kN；

單電機2.5～30kN；

帶材直徑：665～2100mm；

帶材寬度：850～1350mm；

驅(qū)動裝置：ABB DCS800-S02-1500-05 4-Q 1臺和 ABB DCS800-S01-1500-05 2-Q 1臺。

2 開卷機工況分析

在冷軋機開卷機應(yīng)用中，電機的轉(zhuǎn)速方向和電機的出力方向相反，整個軋制工作周期中開卷機處于發(fā)電狀態(tài)，只在第2象限運行；而在輔助操作如點動時，工作在電動狀態(tài)，故需要電機能夠4象限運行。

3 驅(qū)動模塊類型

驅(qū)動模塊設(shè)計選型時，從節(jié)約設(shè)備成本考慮，一般只選用1臺電機的驅(qū)動模塊為4象限模塊，而其他電機則選用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，只能朝一個方向出力。所以，在實際的生產(chǎn)中避免出現(xiàn)需要模塊輸出反向電流的情況。

4 電機工作電流分析

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

M=Mf-M0-Md；

電機轉(zhuǎn)矩公式為M=CMφI，式中，CM為直流電機轉(zhuǎn)矩常數(shù)。電樞反電動勢公式為，E=Ceφn，式中，Ce為直流電機電動勢常數(shù)。

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

表1 開卷機高速檔雙電機工作電流分析

表2 開卷機高速檔單電機工作電流分析

續(xù)表

帶材直徑/m電機轉(zhuǎn)速/rpm弱磁比B/f/F電機總額定出力/kN·m張力電流(單機)/A動態(tài)力矩(總)/kN·m動態(tài)電流(單機)/A空補電流(單機)/A電機工作電流倍數(shù)穩(wěn)態(tài)動態(tài)帶材慣量(電機側(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，當張力給定為8kN時，使用雙電機工作會使得電機在軋制過程中電流偏小，只有百分之十幾，特別是升速過程，會使得電流只有3%；在小卷徑情況下升速更是會需要負的電流，此時使用2象限模塊就無法正常工作；張力在8kN以下更是如此，嚴重影響張力控制精度。而此時如果使用單電機工作，可以使得在穩(wěn)速軋制時單電機的電流保持在20%以上，升速過程電流在6%～7%，在小卷徑下升速雖然會需要負電流，但此時只是4象限的模塊在工作可以滿足要求。

5 結(jié)語

通過對電機工作電流的分析，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)濟效益。

[1] 李獻國.鋁帶箔冷軋機卷取電機動態(tài)力矩分析[J].有色金屬加工,2004,(4):53-56.

[2] 曹承志.電機、拖動與控制[M].機械工業(yè)出版社,2000.

[3] 天津傳動技術(shù)設(shè)計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊[M].機械工業(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