四辊可逆冷轧机的卷取机直流调速系统设计

前言直流电机在现代工业中是一种很重要的电机．它可以作电动机使用，也可以作发电机使用，此外还有其它特殊的用途。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，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。近年来，在电力电子变换器中以晶闸管为主的可控器件已经基本被功率开关器件所取代，因而变换技术也由相位控制转变成脉宽调制（PWM）；交流可调拖动系统正逐步取代直流拖动系统。然而，直流拖动控制毕竟在理论上和实践上都比较成熟，而且我国早期的许多工业生产机械都是采用直流拖动控制系统，所以它在工业生产中还占有相当大的比重，短时间内不可能完全被交流拖动系统所取代。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统、位置随动系统（伺服系统）、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型，各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因此调速系统是最基本的电力拖动控制系统。调速系统按照不同的标准又可分为不同的控制系统。但是，从一定角度上来说，可以把调速系统笼统的分为开环调速系统和闭环调速系统。开环调速系统结构简单、容易实现、维护方便，但是它的静态和动态性能往往不能满足生产和控制要求。而闭环控制系统可以很好的解决这些问题，因此在实际生产中得到了广泛的应用。其中，转速、电流双闭环控制直流系统是性能最好、应用最广的直流调速系统。本文为直流调速系统的设计，包括系统设计方案选择，各单元的组成，元件的参数与选择等内容！通过本系统的设计，了解运动控制在工业上的应用！目录前言................................................................0第一章设计的介绍..................................................31.1设计目的.....................................................31.2设计内容.....................................................31.3设计题目.....................................................31.3.1生产工艺和机械性能.......................................31.3.2设计要求.................................................41.3.3直流电动机参数...........................................4第二章四辊可逆冷轧机的介绍........................................5第三章系统各模块及其电路设计......................................63.1主回路设计...................................................63.2控制回路设计.................................................63.2.1给定单元.................................................83.2.2转速调节器...............................................83.2.4反号器..................................................123.2.5触发电路................................................123.2.6逻辑控制单元............................................133.2.7零转矩检测单元和零电流检测单元..........................143.2.8零封锁环节..............................................153.2.9电流反馈与过流保护......................................16第四章系统参数设计与计算.........................................184.1整流变压器的选择............................................184.2晶闸管的选择................................................184.3晶闸管保护措施..............................................194.4电流互感器的选择............................................194.5平波电抗器的计算............................................20第五章双闭环的动态设计和校验......................................225.1静特性分析和计算............................................225.2系统动态结构参数设计........................................225.2.1电流调节器的设计和校验..................................235.2.2转速调节器的设计和校验..................................25第六章系统调试和校正.............................................276.1系统各功能模块性能的调试与测试...............................276.1.1系统的相位整定..........................................276.1.2触发器的整定............................................276.1.3系统的开环运行及特性测试................................286.1.4速度反馈特性的测试......................................296.1.5调节器的调试............................................306.1.6电流调节器ACR的调试....................................306.1.7反相器AR的调试.........................................306.2系统整体功能测试.............................................306.3系统小结.....................................................31第七章总结.......................................................32参考文献：.........................................................33附图...............................................................33第一章设计的介绍1.1设计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，使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、查阅文献及正确使用技术资料、标准、手册等工具书的能力，理解分析、制定设计方案的能力，编写设计说明书的能力。1.2设计内容1、根据工艺要求，论证、分析、设计主电路和控制电路方案，绘出该系统的原理图（2号图纸）。2、设计组成该电路的各单元，分析说明。3、选择主电路的主要设备，计算其参数（含整流变压器的容量S，电抗器的电感量L，晶闸管的电流、电压定额，快熔的容量等），并说明保护元件的作用（必须有电流和电压保护）。4、设计电流环和转速环（或张力环），确定ASR和ACR（或张力调节器ZL）的结构，并计算其参数。5、结合实验，论述该系统设计的正确性。1.3设计题目四辊可逆冷轧机的卷取机直流调速系统设计1.3.1生产工艺和机械性能四辊可逆冷轧机是供冷轧紫铜及其合金成卷带材之用，为提高其生产效率，冷轧机要往、返轧制其金属材料。直到达到要求的厚度时才停止。因此要求冷轧机左右两边的两台卷取机在从左往右的正向轧制过程中，左边一台卷取机作开卷机用，其工作在发电状态，右边一台卷取机作卷机用，工作在电动状态。若逆向轧制（从右往左轧制），右边卷取机作开卷机，工作在发电状态，左边卷取机则作卷取机用，工作在电动状态。两台卷取机的电动机参数完全一样，机械参数如下：带卷内径（卷筒直径）：500mm带卷外径：680~1100mm带卷最大重量：2000kg带卷最大张力：2000kg卷取机传动比：i=1.87左卷取机轧机右卷取机图1-1四辊可逆冷轧机原理图1.3.2设计要求1、两台卷取机控制原理完全一样，仅设计其中一台；2、技术指标：稳态无静差，电流超调量%5i，空载起动至额定转速时的转速超调量%10o能实现快速制动。1.3.3直流电动机参数kwPnom150，vUnom230，AInom765，min/1400rnnom，08.0aR，电枢回路总电阻18.0R，电流过载倍数5.2，22*5.121mNGD。张力传感器张力传感器带材第二章四辊可逆冷轧机的介绍图2-1四辊可逆冷轧机四辊可逆冷轧机是生产冷轧板带典型的传统轧机。80年代末以来，随着世界小钢厂的发展，尤其是薄板柸连铸连轧技术发展及对热带深加工的需要，四辊可逆式冷轧机成为板带小钢厂热带深加工的主要生产设备。其装置技术水平不断发展提高。现代串列式冷轧机及全连续冷轧机上的现代化技术，也用于可逆式冷轧机上。并且，双机架四辊可逆冷轧机也得到发展。现代四辊可逆冷轧机的生产及装备技术水平远远超过传统的四辊可逆式冷轧机。四辊可逆冷轧机生产特点：1.提高生产力2.扩大产品品种规格3.提高产品质量4.提高自动化装备水平第三章系统各模块及其电路设计3.1主回路设计此系统是直流调速系统，为了获得较好的直流采用三相整流；由于生产工艺要求电机正反转，考虑到晶闸管的单向导电性，可用正反两组晶闸管反并联可逆控制系统。其实现方式如下图：图3-1主回路设计原理图可逆的调速系统能满足电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速地起动和制动，即需要电力拖动系统具有四象限运行的特性的要求。3.2控制回路设计为了满足生产工艺对电流的电流超调量的要求，并且为了实现在允许条件下的最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程。必需采用电流闭环调节环ACR。为了满足生产工艺对电流的转速超调量和转速无静差的要求。必需采用转速闭环调节环ASR。因此为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，即分别引入转速负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套（或称串级）联接。有环流系统中，虽然其具有反向快、过度平滑等优点，但设置几个环流电抗器终究是个累赘。因此，对于大容量的系统，从机器生产可靠性出发，常采用既没有直流平均环流又没有瞬间脉动环流的无环流可逆系统。而本系统的容量较大，工艺过程对系统正反转的平滑过渡特性要求不很，因而采用无环流控制可逆系统。即当一组晶闸管工作时，用逻辑电路（硬件）根