三机架冷连轧机直流调速系统设计
三机架冷连轧机 直流调速系统设计
学生姓名： 学 号： 专业班级：自动化 指导教师：李京 完成时间：2016.9
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三机架冷连轧机直流调速系统设计
目录
第一章 课程设计概述.................................................................................................. 1
1.1设计背景与目的............................................................................................. 1 1.2设计要求......................................................................................................... 1 第二章 直流调速系统的方案设计.............................................................................. 3
2.1现行方案的讨论与比较................................................................................. 3 2.2晶闸管—电动机系统(V-M系统).................................................................. 4 2.3无环流控制的可逆晶闸管—电动机系统..................................................... 5 2.4转速负反馈直流调速系统............................................................................. 6 2.5直流双闭环调速系统..................................................................................... 6 第三章 直流调速系统主电路设计.............................................................................. 8
3.1励磁电流的设计............................................................................................. 8 3.2电机主电路的设计......................................................................................... 9 3.3电力电子变换电路的设计............................................................................. 9 第四章 直流调速系统控制电路设计........................................................................ 10
4.1速度调节器................................................................................................... 10 4.2电流调节器................................................................................................... 10 4.3电流反馈与过流保护................................................................................... 11 4.4转速变换....................................................................................................... 13 4.5转矩极性鉴别............................................................................................... 14 4.6零电平检测................................................................................................... 15 4.7逻辑控制....................................................................................................... 15 第五章 双闭环调速系统设计.................................................................................... 17
5.1设计准备....................................................................................................... 17 5.2电流调节器的设计....................................................................................... 18 5.3转速调节器的设计....................................................................................... 20 第六章 电路元件选择与参数计算............................................................................ 23
6.1 变压器.......................................................................................................... 23 6.2 晶闸管.......................................................................................................... 23 6.3 晶闸管保护措施.......................................................................................... 23 6.4 平波电控器.................................................................................................. 24 第七章 心得体会........................................................................................................ 24
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第一章 课程设计概述
1.1设计背景与目的
运动控制系统是自动化专业的主干专业课，具有很强的系统性、实践性和工程背景，运动控制系统课程设计的目的在于培养学生综合运用运动控制系统的知识和理论分析和解决运动控制系统设计问题，是学生建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序、规范和方法，提高学生调查研究、查阅文献与正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，设计计算和绘图能力，实验研究与系统调试能力，编写设计说明书的能力。
轧机控制的核心是板形和厚度控制。要达到良好的板形和保证可接受的厚度公差，轧机就必须保证良好的速度、张力的稳定性。在控制方式上，主机的速度控制，给整个轧机提供稳定的线速度基准。开卷机和卷曲机为恒张力控制。速度设定由主操作手在操作台控制，控制信号传送到各个传动系统，速度设定是以主机为线速度基准，计算减速箱速比以与传动辊工作辊辊径，可以得出电机每分钟需要的转速是多少。根据控制功能，具有正反点动功能，用于穿带与断带处理。按照线速度同步的原则计算转速分配给传动系统。张力控制在冷轧行业是个必须面对和正确处理的问题，在整个轧制过程中至关重要。
本文基于三机架冷连轧机直流调速系统的设计，通过对逻辑无环流控制系统研究，设计出应用于直流电机的速度、电流双闭环控制系统。根据控制系统的设计技术指标要求，论述不同方案的区别并选择适合的方案。再分步对控制系统各个模块进行详尽的设计说明、其中包括设计原理、参数计算和器的选择。
1.2设计要求
(一)轧机工艺与对电力拖动系统的要求：
1、轧机用途：轧制紫铜、合金条材，将厚度为2.5-6.0mm扎成成品厚度为1.0-2.5mm。 2、设备配置：
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来料
5
+
6 7 8 9
图2-1中：1、2、3-主工作架，4-卷取机，5-减速机 6、7、8-工作要架主电机，9-卷宗取机电动机 3、生产工艺对电力拖动的要求：
(1)启动到给料速度→到规定速度→制动到给料速度→停止。 (2)机架速度自动保持不变，机架间张力自动保持不变。 (3)各机架可单独起、制动和联合起制动。 (4)可以用任何轧制速度。直到电动机的极限值。 (5)连轧机除正常停机外，还应有快速停车。
(6)在连轧过程中或在过渡过程中，卷取机和第三机架的条材的张力应保持不变。 (7)当断带时，能自动限制卷取机的速度。轧机因事故停止时，卷取机也应停止。 (二)设计要求：
1、三台主工作机架的主电机参数与要求均一样，只设计一台控制系统就行。 2．技术指标：稳态无静差，电流超调量，空载起动至额定转速时的转速超调量，能实现快速制动。 （三）直流电机参数：
Pnom=550KW,Unom=750V,Inom=780A,nnom=370r/min,Ce=1.19V.min/r,R=0.1Ω, GD2=783.5N.m2,允许电流过载倍数λ=1.5。
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第二章 直流调速系统的方案设计
2.1现行方案的讨论与比较
直流电动机的调速方法有三种：
(1)调节电枢供电电压：改变电枢电压主要是从额定电压往下降低电枢电压，从电动机额定转速向下变速，属恒转矩调速方法。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，这种方法最好。变化遇到的时间常数较小，能快速响应，但需要大容量可调直流电源。
(2)改变电动机主磁通?：改变磁通可以实现无级平滑调速，但只能减弱磁通进行调速（简称弱磁调速），从电机额定转速向上调速，属恒功率调速方法。??变化遇到的时间常数同调压方式电流变化遇到的相比要大得多，响应速度较慢，但所需电源容量小。
(3)改变电枢回路电阻R??：在电动机电枢回路外串电阻进行调速的方法，设备简单，操作方便。但是只能进行有级调速，调速平滑性差，机械特性较软；空载时几乎没什么调速作用；还会在调速电阻上消耗大量电能。改变电阻调速缺点很多，目前很少采用，仅在有些起重机、卷扬机与电车等调速性能要求不高或低速运转时间不长的传动系统中采用。弱磁调速范围不大，往往是和调压调速配合使用，在额定转速以上作小范围的升速。对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。因此，自动控制的直流调速系统往往以调压调速为主速。
改变电枢电压调速是直流调速系统采用的主要方法，调节电枢供电电压需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下三种：
(1)旋转变流机组。用交流电动机和直流发电机组成机组，以获得可调的直流电压。由交流电动机(异步机或同步机)拖动直流发电机G实现变流，由G给需要调速的直流电动机M供电，调节G的励磁电流??a即可改变其输出电压U，从而调节电动机的转速n。这样的调速系统简称G-M系统。
(2)静止式可控整流器。用静止式的可控整流器，如汞弧整流器和晶闸管整流器，获得可调的直流电压。通过调节触发装置GT的控制电压来移动触发装置的
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