Анализ нагрузочных режимов электродвигателей клети прокатного стана
DOI:
https://doi.org/10.24160/0013-5380-2026-8-53-64Ключевые слова:
прокатный стан, нагрузочные режимы, электродвигатель, момент, температура, анализ, методика, моделирование, экспериментальные исследования, валидацияАннотация
В процессе эксплуатации толстолистовых прокатных станов происходит расширение сортамента выпускаемой продукции, что в большинстве случаев сопровождается увеличением нагрузок (т.е. моментов и токов двигателей) электрооборудования. Это предопределяет актуальность мониторинга нагрузочных режимов двигателей толстолистовых станов 5000 – основных производителей заготовок для производства труб большого диаметра. Электроприводы верхнего (ВГП) и нижнего (НГП) валков горизонтальных клетей этих станов выполняются индивидуальными, при задании различных скоростей их нагрузки могут кратно отличаться. Это приводит к увеличению температуры более загруженного двигателя и снижению ресурса его изоляции. Для косвенной оценки теплового состояния наряду со среднеквадратичными (эквивалентными) моментами и токами предложено использовать их средние значения. Это объясняется тем, что традиционный подход, основанный на построении нагрузочных диаграмм, имеет ограничения по длительности анализируемого цикла. В статье на примере электроприводов реверсивной клети толстолистового стана дано экспериментальное подтверждение целесообразности контроля средних нагрузок двигателей. Разработан наблюдатель (вычислитель) нагрузок ВГП и НГП по значениям моментов и токов, измеренных в процессе прокатки. Представлены результаты восстановления моментов за длительный интервал времени, выполнена валидация результатов, подтвердившая целесообразность применения разработанной методики эквивалентирования. Даны рекомендации по внедрению вычислителя на действующих прокатных станах.
Библиографические ссылки
1. Wallscheid O. Thermal Monitoring of Electric Motors: State-of-the-Art Review and Future Challenges. – IEEE Open Journal of Industry Applications, 2021, No. 99, DOI: 10.1109/OJIA.2021.3091870.
2. Liao G., Xi J. Intelligent Monitoring and Overheating Protection System for Motor. – Int. Conf. on Computing, Control and Industrial Engineering, 2010, DOI: 10.1109/ccie.2010.85.
3. Voronin S.S. et al. Justifying and Implementing Concept of Object-Oriented Observers of Thermal State of Rolling Mill Motors. – Energies, 2024, vol. 17, No. 16, DOI: 10.3390/en17163878.
4. Sarapulov F.N., Goman V., Trekin G.E. Temperature Calculation for Linear Induction Motor in Transport Application with Multiphysics Approach. – IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 966, DOI: 10.1088/1757-899x/966/1/012105.
5. Stephen E. et al. Development and Thermal Modeling of an Induction Machine. – International Journal of Engineering & Technology, 2019, No. 8 (4), pp. 500–508, DOI: 10.14419/ijet.v8i4.29727.
6. ГОСТ Р 50948-2001. Средства отображения информации индивидуального пользования. Общие эргономические требования и требования безопасности. М.: Изд-во стандартов, 2002, 23 с.
7. ГОСТ Р 52870-2007. Средства отображения информации коллективного пользования. Требования к визуальному отображению информации и способы измерения. М.: Стандартинформ, 2008, 20 с.
8. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A. Improving Reliability of Hot Plate Mill Electromechanical System. – Key Engineering Materials, 2016, vol. 685, pp. 417–421, DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.685.417.
9. Karandaev A.S. et al. Technological Causes of Vertical Workpiece Asymmetry in Plate Rolling Mills. – 8th International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2022, Lecture Notes in Mechanical Engineering, 2023, DOI: 10.1007/978-3-031-14125-6_74.
10. Loginov B.M. et al. Rolling Level Impact on Roll Bending at Stand Output. – Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI), 2023, pp. 171–176, DOI: 10.1109/PEAMI58441.2023.10299904.
11. Храмшин В.Р. и др. Способ управления электроприводами клети толстолистового стана в режиме асимметричной прокатки головной части раската. – Электричество, 2023, № 4, с. 61–72.
12. Максимов В.М. и др. Экспериментальное исследование изгиба переднего конца раската при толстолистовой прокатке. – Труды XI Конгресса прокатчиков, Магнитогорск, 2017, с. 362–370.
13. Zyuzev A.M., Metelkov V.P. Allowance for the Influence of Temperature Fluctuations on the Induction Motor Stator Winding Thermal Resource. – Russian Internet Journal of Electrical Engineering, 2015, vol. 2, No. 1, рр. 62–71.
14. ibaPDA Scalable Basic Software for Measured Data Collection [Электрон. ресурс], URL: https://www.iba-ag.com/ru/ibapda (дата обращения 30.03.2026).
15. Храмшин В.Р. и др. Эквивалентирование нагрузок электроприводов прокатного стана на основе вычислительного эксперимента. – Известия высших учебных заведений. Электромеханика, 2026, т. 69, № 1, с. 22–35.
16. Ключев В.И. Теория электропривода. М.: Энергоатомиздат, 2001, 760 с.
17. Чиликин М.Г., Сандлер А.С. Общий курс электропривода. М.: Энергоиздат, 1981, 576 с.
18. Кувшинов А.А., Греков Э.Л. Теория электропривода: конспект лекций. Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2009, 197 с.
19. ГОСТ IEC 60034-1-2014. Машины электрические вращающиеся. Ч 1. Номинальные значения параметров и эксплуатационные характеристики. М.: Стандартинформ, 2015, 57 с.
20. ГОСТ Р 52735-2007. Короткие замыкания в электроустановках. Методы расчета в электроустановках переменного тока напряжением свыше 1 кВ. М.: Стандартинформ, 2007, 39 с.
21. Биргер И.А. Техническая диагностика. М.: Машиностроение, 1978, 240 с.
22. Жуковский Ю.Л. и др. Система мониторинга и оценки остаточного ресурса силового электрооборудования. – Записки Горного института, 2008, т. 178, с. 17–21.
23. Thacker B. et al. Concepts of Model Verification and Validation. California: Los Alamos National Laboratory, 2004, DOI: 10.2172/835920.
24. Ильинский Н.Ф. Элементы теории эксперимента. М.: Изд-во МЭИ, 1983, 92 с.
25. Логинов Б.М. Разработка тепловой защиты двигателей прокатного стана. – Электричество, 2025, № 10, с. 64–75.
#
1. Wallscheid O. Thermal Monitoring of Electric Motors: State-of-the-Art Review and Future Challenges. – IEEE Open Journal of Industry Applications, 2021, No. 99, DOI: 10.1109/OJIA.2021.3091870.
2. Liao G., Xi J. Intelligent Monitoring and Overheating Protection System for Motor. – Int. Conf. on Computing, Control and Industrial Engineering, 2010, DOI: 10.1109/ccie.2010.85.
3. Voronin S.S. et al. Justifying and Implementing Concept of Object-Oriented Observers of Thermal State of Rolling Mill Motors. – Energies, 2024, vol. 17, No. 16, DOI: 10.3390/en17163878.
4. Sarapulov F.N., Goman V., Trekin G.E. Temperature Calculation for Linear Induction Motor in Transport Application with Multiphysics Approach. – IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2020, vol. 966, DOI: 10.1088/1757-899x/966/1/012105.
5. Stephen E. et al. Development and Thermal Modeling of an Induction Machine. – International Journal of Engineering & Technology, 2019, No. 8 (4), pp. 500–508, DOI: 10.14419/ijet.v8i4.29727.
6. GOST R 50948-2001. Sredstva otobrazheniya informatsii in-dividual’nogo pol’zovaniya. Obshchie ergonomicheskie trebovaniya i trebovaniya bezopasnosti (Display Means for Individual Use. General Ergonomic Requirements and Safety Requirements). M.: Izd-vo standartov, 2002, 23 p.
7. GOST R 52870-2007. Sredstva otobrazheniya informatsii kollektivnogo pol’zovaniya. Trebovaniya k vizual’nomu otobrazheniyu informatsii i sposoby izmereniya (Image of Information Means for Collective Use. Reguirements to Visual Image of Information and Measurement Methods). M.: Standartinform, 2008, 20 p.
8. Radionov A.A., Gasiyarov V.R., Maklakova E.A. Improving Reliability of Hot Plate Mill Electromechanical System. – Key Engineering Materials, 2016, vol. 685, pp. 417–421, DOI: 10.4028/www.scientific.net/kem.685.417.
9. Karandaev A.S. et al. Technological Causes of Vertical Workpiece Asymmetry in Plate Rolling Mills. – 8th International Conference on Industrial Engineering, ICIE 2022, Lecture Notes in Mechanical Engineering, 2023, DOI: 10.1007/978-3-031-14125-6_74.
10. Loginov B.M. et al. Rolling Level Impact on Roll Bending at Stand Output. – Russian Workshop on Power Engineering and Automation of Metallurgy Industry: Research & Practice (PEAMI), 2023, pp. 171–176, DOI: 10.1109/PEAMI58441.2023.10299904.
11. Hramshin V.R. et al. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2023, No. 4, pp. 61–72.
12. Maksimov V.M. et al. Trudy XI Kongressa prokatchikov – in Russ. (Proceedings of the XI rollers’congress), Magnitogorsk, 2017, pp. 362–370.
13. Zyuzev A.M., Metelkov V.P. Russian Internet Journal of Electrical Engineering, 2015, vol. 2, No. 1, rr. 62–71.
14. ibaPDA Scalable Basic Software for Measured Data Collection [Electron. resource], URL: https://www.iba-ag.com/ru/ibapda (Acces-sed on 30.03.2026).
15. Hramshin V.R. et al. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Elektromekhanika – in Russ. (News of Higher Educational Institutions. Electromechanics), 2026, vol. 69, No. 1, pp. 22–35.
16. Klyuchev V.I. Teoriya elektroprivoda (Electric Drive Theory). M.: Energoatomizdat, 2001, 760 p.
17. Chilikin M.G., Sandler A.S. Obshchiy kurs elektroprivoda (General Electric Drive Course). M.: Energoizdat, 1981, 576 p.
18. Kuvshinov A.A., Grekov E.L. Teoriya elektroprivoda: kon-spekt lektsiy (Electric Drive Theory: Lecture Notes). Orenburg: IPK GOU OGU, 2009, 197 p.
19. GOST IEC 60034-1-2014. Mashiny elektricheskie vra-shchayushchiesya. Ch 1. Nominal’nye znacheniya parametrov i eks-pluatatsionnye harakteristiki (Rotating Electrical Machines. Part 1. Rating and Performance). M.: Standartinform, 2015, 57 p.
20. GOST R 52735-2007. Korotkie zamykaniya v elektrousta-novkah. Metody rascheta v elektroustanovkah peremennogo toka napryazheniem svyshe 1 kV (Short-Circuits in Electrical Installations. Calculation Methods in Alternating Current Electrical Installations with Voltage Above 1 kV). M.: Standartinform, 2007, 39 p.
21. Birger I.A. Tekhnicheskaya diagnostika (Technical Diag-nostics). M.: Mashinostroenie, 1978, 240 p.
22. Zhukovskiy Yu.L. et al. Zapiski Gornogo instituta – in Russ. (Journal of Mining Institute), 2008, vol. 178, pp. 17–21.
23. Thacker B. et al. Concepts of Model Verification and Validation. California: Los Alamos National Laboratory, 2004, DOI: 10.2172/835920.
24. Il’inskiy N.F. Elementy teorii eksperimenta (Elements of Ex-perimental Theory). M.: Izd-vo MEI, 1983, 92 p.
25. Loginov B.M. Elektrichestvo – in Russ. (Electricity), 2025, No. 10, pp. 64–75
