恒张力控制冷轧卷取机的调试哈昌频1,曹国胜2(1.上海市安装工程有限公司,上海200080;2.陕西省设备安装工程公司,陕西西安710068)摘　要:在冷轧机带材轧制过程中成品质量很大程度上取决于对轧制张力的控制,文章介绍了调试方法和经验公式。

关键词:冷轧卷取机;调试;恒张力;公式中图分类号:TG 333.52 文献标识码:B 文章编号:1002-3607(2004)06-0037-051　系统介绍在冷轧机带材轧制过程中成品质量很大程度上取决于对轧制张力的控制,在上海铝材厂调试一套四辊铝箔冷轧机组,其设备由三机架组成,一台主轧机、一台开卷机、一台卷取机,主轧机是不可逆的四辊轧机,均采用SCR -D 直流传动系统控制。

该套设备调试成功投产后,运行状态良好。

在此将卷取机的运行原理和调试总结如下。

图1　冷轧机组工作示意图冷轧机组主要参数(1)主轧机最大轧制力:100t ;轧制速度:1～5m/s ;坯料最大厚度:0.1mm ,成品最小厚度:0.028mm 。

(2)卷取机张力范围:30～200kg ;卷筒直径:<300mm ;带卷最大外径:<740mm ;减速箱传动比:i =3.15电动机规格:输出功率13kW ,额定电压220V ,额定电流85A ,转速400/1200r.p.m 。

2　轧机张力控制原理按照铝箔卷带材料的轧制工艺要求,保持恒定的轧制张力使铝带在开卷机和卷取机上张紧,才能保证轧出的成品厚度均匀,板形平整,表面光滑,卷取机(或开卷机)与轧机之间带材的张力是由卷取机(或开卷机)来建立的。

见图2。

图2　卷取机建立张力示意图T —轧制张力(kg );M —卷取机作用到卷筒上的转矩;M F —负载转矩;V —轧制线速度;D —卷筒直径;i —减速箱传动比。

根据直流传动原理,电动机发出的转矩:M D =C M <I D(1)卷筒上的转矩:M =M D ・i =C M <I D ・i(2)2004年　12月总137期　第6期 安　装I NST A LLATI ON Dec.2004T otal №.137　№.6负载的转矩:M F=D/2・T(3)当系统稳定运行时:M=M F(4)即:C M<I D・i=D/2・T由此得到张力:T=2C M<I D・i/D=KI D・</D(5)其中:K=2iC M从张力公式分析,只要保持电动机电枢电流I D 恒定,并使电动机的磁场<跟随卷径D变化,且使</D的比值保持不变,就可使张力T为恒定,达到恒张力轧制的目的。

3　电枢主回路整流及张力电流的调试卷取机整流调节系统工作原理方框图,如图3。

图3　卷取机整流调节系统方框图 (1)主回路是三相全控桥式整流器接成反并联,为了抑制静态环流,采用可控硅错位选触无环流可逆系统,利用错开脉冲位置和选择触发的原理来实现无环流控制。

本系统与逻辑无环流系统的区别在于:逻辑无环流可逆系统中触发脉冲的初相角定为90°～100°。

而错位无环流可逆系统的脉冲初相角必须大于150°,从而使正反两组整流桥的脉冲在整流区错开,实现无环流控制。

根据这一移相特性,经调试后的输入放大器输入—输出特性及数据如图4所示。

当输入信号U K为最大限幅时,U K=8V,输入放大器的输出为最小值约U SC=+0.5V,对应的触发脉冲移相至最小触发控制角αmin=30°,整流桥输出最大电压。

当信号U K=0V时,输入放大器的输出为最大值,U SC=+8V,对应的触发脉冲移相至最小逆变角βmin≤30°(即α≥150°)。

图4　输入放大器特性(2)脉冲选触环节由电平检测器、功率开关组成。

当有控制信号输入时,电平检测器取电压调节器的输出信号,差别信号电压U P的极性“+”或“-”,去控制功率开关,分别接通“Ⅰ”,使正组整流桥工作;或接通“Ⅱ”使反组整流桥工作。

实际调试中电平检测器输入翻转电压整定为U P=±0.2V。

由于选触环节的作用始终只有一组整流桥有触发脉冲,另一组桥的脉冲被封锁,所以可保证没有环83安 装 2004年12月流产生。

(3)主回路控制系统是三环系统,由电压环、电流环和综合调节器(速度—张力调节环)组成。

电压调节器是一个具有较高放大倍数的惯性环节,其参数K P =R 2/R 1=300k/20k =15,τ=R 2・C 2=300k ×0.22μF =66ms。

图5　电压调节器原理简图利用电压环的放大倍数可以使触发脉冲从α=150°快速移至α≤90°,进入整流工作状态,缩小整流电压死区。

加入惯性环节可以利用时滞作用使正、反桥组的脉冲切换变得平稳,抑制了动态环流。

调试时在小给定信号下,可整定电压环的参数K P 和τ,观察电机在低速时无振荡,正反向切换平稳即可。

电流环调试按三阶最佳整定,如图6。

图6　电流调节器原理简图K i =R 5/(R 1+R 2)×1/α=10k/(10k +10k )×5=2.5,α是W 1分压系数,实际整定为α=0.2积分时间常数,τi =R 5・C 4=10k ×2μF =20ms 。

在电动机堵转情况下,调节电流环,把阶跃给定信号加到电流调节器的输入端,用示波器观察电流上升时间约10ms ,过渡过程约为20ms ,调节电流反馈量,将堵转电流值整定在1.5倍I ed (I ed 是卷取机的额定电流)作为最大启动电流。

按三阶最佳参数整定电流环,可使电枢电流具有快速跟随特性,因而可保持恒电流加减速和轧制过程中的恒张力控制,能很好的抑制张力扰动。

综合调节器具有速度调节器和张力电流调节器的功能,在卷取机卷筒未穿上铝带前按速度闭环工作,待上带建立起张力后自动地转换为恒流调节。

按张力给定信号,并综合动态补偿信号后输出电流给定信号I g 作为电流调节器的输入,见图3。

经过调整后,综合调节器的速度闭环参数如图7。

图7　速度调节器原理简图K n =R 5/(R 1+R 2)×1/α=56k/(10k +10k )×1/0.3=9.3α是W 2的分压系数实际整定为α=0.3τn =56k ×6.8μF =380ms 图8　速度、电流波形图用示波器观察到的在阶跃给定下速度,电流波形如图8所示。

速度超调量约4%～6%,上升时间约350ms 。

(4)按照工艺要求轧制张力是根据铝箔轧材坯料的厚度而设定,要求能在30～200kg 范围内可调节。

生产中可由张力计或成品板形情况测定张力大小是否合适。

为了在调试过程中较准确地设定张力,可对卷取机电枢电流与张力关系进行计算。

计算方法简介如下:卷取机铭牌:输出功率13kW ,额定电压U e =220V ;额定电流:I e =85A ,转速:400/1200rpm ,励磁电流I f =1.5A 。

设备情况:最小卷径D =300mm ,最大D =740mm ,减速箱速比:i =3.15。

主机轧制线速度:V 线=1～5m/s 。

根据电机电势平衡关系:U e =E d +I e R d =C e <n +I e R d所以C e <n =(U e -I e R d /n =P e /I e ・n93第6期 哈昌频等:恒张力控制冷轧卷取机的调试因为卷取机初始卷筒的卷径是最小卷径值D0 =300mm,卷径设定电位器设为最小给定3V,电动机处于弱磁状态。

现取轧制速度为5m/s时,求张力与张力电流的关系。

已知:V线=V卷筒=πD n D其中:V线—铝箔带材的线速度;V卷筒—卷取机卷筒的线速度;n D—卷取机卷筒的转速。

n D=V线/πD=5/3.14×0.3=5.31n/s折算至卷取电动机的转速:n=n D×i×60=1000r.p.m由此可求:C e<n=P e/I e.n=13×103/85×1000 =0.1529V/r.p.m由电动机结构参数可导出:C m<=30/π・C e<所以C m<=30/π×0.1529=1.461(N・m/A)根据前面张力分析得到的公式:T=2iC m I D・</D就有I D=T D/2iC m<用D=300mm,i=3.15代入就得I D=(03/2×3.15×0.1461)=0.326T将张力控制范围30～200kg,逐点代入求出张力电流,计算列表:轧制张力:T(kg)306090120150180200卷取机电流:I D(A)9.819.629.339.148.958.765.2按照表中数据只需调节张力给定电位器,调整电枢电流,便可迅速地给出轧制所需张力。

对于其它轧制线速度时张力电流也可按同样的方法求出。

4　卷测量和卷径记忆根据张力公式T=KI D</D,在恒张力轧制时,电流I D=常量。

要使张力T不变,就必须使电动机磁通<随卷径D正比变化,即随着卷径的增大,自动增磁。

本系统的卷径测量部分如图9所示。

卷径测量采用高保真积分器模拟量控制,将卷取机转速绝对值|n|与卷径模拟量D在乘法器中相乘,|n|・D即作为模拟的线速度,应等于测速辊的实测线速度V,卷径测量用比例运算(V-nD)的差值送入积分器,由其变化输出的信号去调整卷取机的励磁磁通<。

积分器在设定状态下由初始卷径设定电位器根据实际的卷径大小设定,本系统的卷径变化范围是300～740mm。

所以为能相互对应,调试时,将电位器的电压调节范围定为3～7.4V。

积分器输出D 即为卷径模拟值,也作为磁通调节环的给定信号。

对于系统运行时应保持V=nD。

当主轧机以某一个恒定线速度V轧制时,卷取机初始卷径设定为D0,转速为n0,随着卷径增大,在同一线速度下卷取机的转速会逐渐变小。

从卷取机测速反馈来的信号n i<n0,于是有n i D i<n0,使V-n i D i>0。

此差值送入高保真积分器积分使输出增加,由D0升为D1,从而使V-n i D i=0。

积分器输入信号代数和为零,输出平衡在D1上。

这样随着卷径不断增大,卷取机n逐渐下降,使积分输出D不断上升,并始终保持V=nD。

积分器输出信号D即作为磁通给定信号,D增加,磁通<也增加,使</D的比值保持不变。

图9　卷径测量环节原理简图V—带材实际轧制线速度;n—卷取机的瞬时转速;D—对应瞬时转速时的卷径。

调试中最初将测速辊的线速度信号V定为1～5V,对应于轧制线速度为1～5m/s,为提高卷径测量的精度,将其扩大1倍,改为2～10V。

由此将乘法器的输出最大值也应定为10V。

图10　乘法器示意图乘法器参数整定:见图10。