十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计.docx

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1、河 南 工 程 学 院课程设计十机架连轧机分部传动直流学生姓名:学 号:学 院:专业班级:专业课程:指导教师:调速系统的设计电气信息工程学院电气工程及其自动化自动控制系统2014年 12月26日课程设计成绩评定标准及成绩序号评审项目指标满分评分1工作态度遵守纪律，学习认真；作风严谨，踏实肯干。5分2工作量按期圆满完成规定的任务，难易程度和工作量符合要求。20分3出勤情况全勤：得10分10分有迟到、早退、请假现象：得8分旷课1天：得5分旷课2天：得2分旷课超过2天：得0分4设计、实验方案能灵活运用相关专业知识，有较强的创新意识，有独特见解，设计有一定应用价值。30分5实验技能动手能力强，能独立完

2、成安装、调试等实际操作，能解决设计及实验过程中出现的问题。10分6小组表现注重团队合作，在小组中表现突出，对设计方案的制定及选取起主要作用，在实验操作过程中，承担主要执行者。5分7设计报告质量报告结构严谨合理；文理通顺，技术用语准确，符合规范；图表完备、正确，绘图准确、符合国家标准；。20分合计评语：等 级：（优秀、良好、中等、及格、不及格）评阅人： 职称：.日期：年 月 H目 录十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计摘 要本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响

3、，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器,分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。关键词双闭环直流调速系统；晶闸管；直流电动机；MATLAB绪论许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。

4、而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的

5、电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。?随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对

6、其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。1设计的目的和要求设计的题目及给定的相关资料在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。其主要特点是被扎金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制，最终形成一定的断面形状。每个机架的上下轧辐共用一台

7、电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辐之间的速度实现协调控制。本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分,各部分电动机参数如下表。本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分,各部分电动机参数如下表。表1十机架连轧机各部分电动机参数序电动机(KW/(V小A）(17&（。）GDa2 (P极对号型号)min)N m2)数1Z2-9267230291145012Z2-9148230209145013Z2-8235230152145014Z2-8126230113145015Z2-7219230145016Z2-711423

8、061145017Z2-6211230145018Z2-6123037145019Z2-5262301450110Z2-5123014501课程设计的目的1、通过课程设计，进一步巩固、深化和扩充在直流调速及相关课程方面的基础知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。2、通过课程设计，独立完成一项直流调速系统课题的基本设计工作，达到培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。3、通过课程设计，使熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养我们工程绘图和编写设计说明的目的，为我们今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。设计的要求电枢回路总电阻取R

9、 = 2Ra ；总飞轮力矩GD2 = 25GD；。其它参数可参考教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。要求：调速范围D=10,静差率$5%；稳态无静差，电流超调量g 45%,空载起动到额定转速时。“ 410%。要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。要求触发脉冲有故障封锁能力。要求对拖动系统设置给定积分器。2方案的选择调速方案的选择本次课程设计采用Z2-92型直流电动机，直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，而直流速系统又分为开环调速、单闭环调速和双闭环调速等调速方式。其中开环调速的静差率不高，且只能实现一定范围内的无极调速；而在单闭环调速系统中只有电流截

10、止负反馈环节时专门用来控制电流的，它不能很理想的控制电流的动态波形，但双闭环控制可解决以上的所有问了题，而且其转速变化率和稳态调速精度在高速时一般为之间，其调速范围可达到1000:1到10000: lo故本系统采用双闭环调速系统。2. 1. 1系统控制对象的确定本次课设调速系统的调速对象为Z2-92直流电机，额定功率Pn=67Kw,额定电压Un=230V,额定电流In=291A,额定转速n=1450r/min。电枢回路等效电阻取R=2Ra；总飞轮力矩GD2=GDa2。励磁两端电压为220V,励磁电阻取Q,在恒定磁场励磁电感取0,空载试验时摩擦系数(Bm)设置为0。2. 1. 2电动机供电方案的

11、选择电动机为直流电动机，而电网电压为交流电，为了驱动直流电机，需要将电的交流电整流为直流电。在我们已经学习的电力电子技术中整流电路主要有晶闸管相控整流电路，二极管整流电路和PWV整流三种。晶闸管整流电路的输入电流滞后于电压，其滞后角随着延迟触发角。的增大而增大，位移因数也随之降低，同时，输入电流中谐波分量也很大，因此功率因数很低。二极管整流电路虽然位移因数接近1,但输入电流谐波分量很大，功率因数也很低。电压型PWM整流电路虽然功率因数较大,但其是升压型整流电路，其输出直流电压可以从交流电源电压峰值附近向高调节，如果向低调节就会使电路性能恶化，以致不能工作。因此，综上所述，我们选择晶闸管相控整流

12、电路。晶闸管相控整流电路有单相和三相，半控和全控之分，单相半波电路虽然简单，但由于电动机和电流总是断续的，传动工作性能很差，只适合小功率电动机，如果要求回馈制动，必须采用全控方案。三相全控桥式整流器电路采用共阴极接法的三相半波和共阳极接法的三相半波的串联组合，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流，因此变压器绕组中没有直流磁通，且每相绕组正负半周都有电流流过，提高了变压器的利用率，且直流侧脉动较小，元件利用率较好，易滤波，故选择三相全控桥式整流电路可用来给直流电机供电。总体结构设计1. 2.1系统结构的选择在系统结构的选择上一般有单闭环调

13、速和双闭环调速，虽然采用PI调节器的单个转速比换直流调速系统（单闭环系统）可以保证在系统稳定的前提下实现转速无静差，但是在工业上，为了提高生产效率和加工质量，充分利用晶闸管元件及电动机的过载能力，要求实现理想启动，单闭环系统难以满足要求。要求在启动过程中，是启动电流一直保持最大允许值，此时电动机以最大转矩启动，转速迅速以直线规律上升,以缩短启动时间；启动结束后，电流从最大值迅速下降为负载电流值且保持不变，转速维持给定转速不变。又因调速精度要求较高，故采用转速电流双闭环负反馈调速系统。启动时 让转速外环饱和不起作用，电流内环起主要作用，调节启动电流一直保持最大允许值，使转速线性变化，迅速达到给定

14、值；稳态运行时，转速负反馈外环起主要作用，使转速随转速给定器的变化而变化，电流内环跟随转速外环调节电动机的电枢电流以平衡负载电流。图1双闭环调速系统原理图2. 2. 2系统的工作原理在双闭环调速系统中，转速调节器的作用是对转速的抗扰调节并使之在稳态时无静差，其输出限幅值决定允许的最大电流。电力电子变换器把交流供电电压整流为供电动机使用的直流电压，电流调节器ACR的输出限幅电压限制了电力电子变换器的最大输出电压Udm。为了获得良好的静、动态性能和电流两个调节器一般都采用PT调节器，转速、电流双闭环系统把主要被调量转速和辅助被调量电流分开加以控制，并以转速调节器ASR的输出电压支作为电流调节器ACR的电流给定信号，再用电流调节器的输出电压1作为可控硅触发装置的移向控制电压。这样就组成了转速、电流双闭环调速系统。二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。双闭环调速系统的静特性在负载电流小于/州时表现为转速无静差，这时，转速负反馈起主