Разработка тепловой защиты двигателей прокатного стана

  • Борис Михайлович Логинов
Ключевые слова: прокатный стан, синхронный двигатель, температура, контроль, четырехмассовая тепловая модель, защита, система, апробация, внедрение

Аннотация

Важнейшими задачами обеспечения надежной работы прокатных станов являются контроль теплового состояния и защита электродвигателей от перегрева. При превышении предельных значений температуры большинство систем тепловой защиты работает в режиме отключения двигателей. Статья посвящена исследованиям синхронных двигателей клетей и моталок реверсивного двухклетевого стана холодной прокатки. Разработана система двухстепенной защиты, действующая на сигнал при ухудшении теплового состояния двигателя и на безаварийный останов агрегата по окончании цикла прокатки при дальнейшем увеличении температуры. Предложена цифровая четырехмассовая модель, предусматривающая контроль температуры обмоток и железа статора и ротора. Рассмотрена структура модели, выполненной на базе модулей библиотеки Simscape Thermal Models. Представлены функциональная схема системы защиты и структура алгоритма, поясняющего ее действие. При настройке и внедрении системы тепловой защиты на прокатном стане применено аппаратное моделирование в цикле (HIL). Методом пассивного эксперимента подтверждена работоспособность системы. Предложенный алгоритм адаптивной двухстепенной защиты позволяет обеспечить безаварийный останов агрегата и не допустить превышения температурой предельного значения. Система прошла промышленную апробацию и внедрена в электроприводах стана холодной прокатки и толстолистового прокатного стана.

Биография автора

Борис Михайлович Логинов

кандидат техн. наук, доцент кафедры электроснабжения промышленных предприятий, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, Магнитогорск, Россия; lb18@yandex.ru

Литература

1. Khramshin V.R. et al. Development and Industrial Introduction of Systems for Monitoring Technical State of the Rolling Mills’ Electrical Equipment. – IEEE EIConRusNW, 2015, pp. 208–213, DOI: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102264.
2. Карандаев А.С. и др. Технологические схемы управления электроприводами чистовой группы широкополосного стана горячей прокатки. – Труды VII конгресса прокатчиков, 2007, т. 1, с. 71–75.
3. Карандаев А.С. Совершенствование автоматизированных электроприводов агрегатов прокатного производства. – Машиностроение, 2014, № 1, с. 3–15.
4. Лукьянов С.И. и др. Разработка и внедрение интеллектуальных систем диагностирования технического состояния электрического оборудования. – Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2014, № 1, с. 129–136.
5. Селиванов И.А. и др. Совершенствование автоматизированных электроприводов и диагностика силового электрооборудования. – Известия вузов. Электромеханика, 2009, № 1, с. 5–11.
6. Radionov A.A. et al. Method for Forecasting the Remaining Useful Life of a Furnace Transformer Based on Online Monitoring Data. – Energies, 2023, vol. 16, DOI: 10.3390/en16124630.
7. Karandaev A.S. et al. Metodology of Calculation of the Reliability Indexes and Life Time of the Electric and Mechanical Systems. – International Conference on MEACS, 2014, DOI: 10.1109/MEACS.2014.6986866.
8. Jing T. et al. Formulations, Solving Algorithms, Existing Problems and Future Challenges of Pre-Programmed PWM Techniques for High-Power AFE Converters: A Comprehensive Review. – Energies, 2022, vol. 15, DOI: 10.3390/en15051696.
9. Maklakov A.S., Radionov A.A. EMC Evaluation of Three Level NPC Converter Based on Space Vector PWM. – IEEE EIConRusNW, 2015, pp. 236–240, DOI: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102269.
10. Ejiofor O.S. et al. Development and thermal modeling of an induction machine. – International Journal of Engineering & Technolo-gy, 2019, vol. 8(4), pp. 500–508, DOI: 10.14419/ijet.v8i4.29727.
11. Radionov A.A. et al. Construction Principle for Object-Oriented Digital Twins of Mechatronic Complexes of Rolling Mills. – International Russian Smart Industry Conference, 2023, pp. 516–522, DOI: 10.1109/SmartIndustryCon57312.2023.10110770.
12. Radionov A.A., Loginov B.M., Loginov A.B. Digital Temperature Observer for Rolling Mill Motors. – ICIEAM, 2024, pp. 1232–1237, DOI: 10.1109/ICIEAM60818.2024.10553666.
13. Liao G., Xi J. Intelligent Monitoring and Overheating Protection System for Motor. – International Conference on Computing, Control and Industrial Engineering, 2010, DOI: 10.1109/CCIE.2010.85.
14. Toliyat H.A., Kliman G.B. Handbook of Electric Motors. Boca Raton: CRC Press, 2004, 850 p.
15. Voronin S.S. et al. Justifying and Implementing Concept of Object-Oriented Observers of Thermal State of Rolling Mill Motors. – Energies, 2024, vol. 17, DOI: 10.3390/en17163878.
16. Gasiyarov V.R. et al. Substantiating and Implementing Concept of Digital Twins for Virtual Commissioning of Industrial Mechatronic Complexes Exemplified by Rolling Mill Coilers. – Machines, 2023, vol. 11, DOI: 10.3390/machines11020276.
17. Basics of Hardware-in-the-Loop Simulation [Электрон. ресурс], URL: https://www.mathworks.com/help/simscape/ug/what-is-hardware-in-the-loop-simulation.html (дата обращения 03.05.25).
18. Production Data Collection (PDA): Definition, Characteristics, Goals [Электрон. ресурс], URL: https://forcam.com/en/operational-data-acquisition-de-definition-characteristics-goals/#pda (дата обращения 03.05.25).
19. Карандаев А.С. и др. Наблюдатель упругого момента двухмассовой электромеханической системы. – Вестник ЮУрГУ. Серия: Энергетика, 2022, т. 22, № 4, с. 23–33.
20. Фираго Б.И., Павлячик Л.Б. Теория электропривода. Минск: Техноперспектива, 2007, 586 с.
21. Radionov A.A., Lyubimov I.V., Khramshin R.R. Furnace Transformer Protection Device Mitigating Open-Phase Mode During Switching of Vacuum Circuit Breaker. – ICIEAM, 2024, pp. 1221–1225, DOI: 10.1109/ICIEAM60818.2024.10554007.
#
1. Khramshin V.R. et al. Development and Industrial Introduction of Systems for Monitoring Technical State of the Rolling Mills’ Electrical Equipment. – IEEE EIConRusNW, 2015, pp. 208–213, DOI: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102264.
2. Karandaev A.S. et al. Trudy VII kongressa prokatchikov – in Russ. (Proceedings of the VII Congress of Rollers), 2007, vol. 1, pp. 71–75.
3. Karandaev A.S. Mashinostroenie – in Russ. (Mechanical Engi-neering), 2014, No. 1, pp. 3–15.
4. Luk’yanov S.I. et al. Vestnik MGTU im. G.I. Nosova – in Russ. (Bulletin of Nosov Magnitogorsk State Technical University), 2014, No. 1, pp. 129–136.
5. Selivanov I.A. et al. Izvestiya vuzov. Elektromekhanika – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Electromechanics), 2009, No. 1, pp. 5–11.
6. Radionov A.A. et al. Method for Forecasting the Remaining Useful Life of a Furnace Transformer Based on Online Monitoring Data. – Energies, 2023, vol. 16, DOI: 10.3390/en16124630.
7. Karandaev A.S. et al. Metodology of Calculation of the Reliability Indexes and Life Time of the Electric and Mechanical Systems. – International Conference on MEACS, 2014, DOI: 10.1109/MEACS.2014.6986866.
8. Jing T. et al. Formulations, Solving Algorithms, Existing Problems and Future Challenges of Pre-Programmed PWM Techni-ques for High-Power AFE Converters: A Comprehensive Review. – Energies, 2022, vol. 15, DOI: 10.3390/en15051696.
9. Maklakov A.S., Radionov A.A. EMC Evaluation of Three Level NPC Converter Based on Space Vector PWM. – IEEE EIConRusNW, 2015, pp. 236–240, DOI: 10.1109/EIConRusNW.2015.7102269.
10. Ejiofor O.S. et al. Development and thermal modeling of an induction machine. – International Journal of Engineering & Techno-logy, 2019, vol. 8(4), pp. 500–508, DOI: 10.14419/ijet.v8i4.29727.
11. Radionov A.A. et al. Construction Principle for Object-Oriented Digital Twins of Mechatronic Complexes of Rolling Mills. – International Russian Smart Industry Conference, 2023, pp. 516–522, DOI: 10.1109/SmartIndustryCon57312.2023.10110770.
12. Radionov A.A., Loginov B.M., Loginov A.B. Digital Temperature Observer for Rolling Mill Motors. – ICIEAM, 2024, pp. 1232–1237, DOI: 10.1109/ICIEAM60818.2024.10553666.
13. Liao G., Xi J. Intelligent Monitoring and Overheating Protection System for Motor. – International Conference on Compu-ting, Control and Industrial Engineering, 2010, DOI: 10.1109/CCIE.2010.85.
14. Toliyat H.A., Kliman G.B. Handbook of Electric Motors. Boca Raton: CRC Press, 2004, 850 p.
15. Voronin S.S. et al. Justifying and Implementing Concept of Object-Oriented Observers of Thermal State of Rolling Mill Motors. – Energies, 2024, vol. 17, DOI: 10.3390/en17163878.
16. Gasiyarov V.R. et al. Substantiating and Implementing Concept of Digital Twins for Virtual Commissioning of Industrial Mechatronic Complexes Exemplified by Rolling Mill Coilers. – Machines, 2023, vol. 11, DOI: 10.3390/machines11020276.
17. Basics of Hardware-in-the-Loop Simulation [Electron. resource], URL: https://www.mathworks.com/help/simscape/ug/what-is-hardware-in-the-loop-simulation.html (Access on 03.05.25).
18. Production Data Collection (PDA): Definition, Characteristics, Goals [Electron. resource], URL: https://forcam.com/en/operational-da-ta-acquisition-de-definition-characteristics-goals/#pda (Access on 03.05.25).
19. Karandaev A.S. et al. Vestnik YuUrGU. Seriya: Energeti-ka – in Russ. (Bulletin of South Ural State University. Series: Power Engineering), 2022, vol. 22, No. 4, pp. 23–33.
20. Firago B.I., Pavlyachik L.B. Teoriya elektroprivoda. Minsk: Tekhnoperspektiva, 2007, 586 p.
21. Radionov A.A., Lyubimov I.V., Khramshin R.R. Furnace Transformer Protection Device Mitigating Open-Phase Mode Du-ring Switching of Vacuum Circuit Breaker. – ICIEAM, 2024, pp. 1221–1225, DOI: 10.1109/ICIEAM60818.2024.10554007
Опубликован
2025-08-28
Раздел
Статьи