十机架连轧机分部传动直流调速系统课程设计Word格式.docx

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Dualclosed-loopspeedcontrdsystem；

Speedregulator；

Thecurrentregulator；

Thetenstandcontinuousrollingsystem；

MATLABsimulation目录1主电路设计与参数计算11.1整流变压器的设计11.1.1变压器二次侧电压U2的计算11.1.2一次、二次相电流I1、I2的计算21.1.3变压器容量的计算21.2、晶闸管元件的选择21.2.1晶闸管的额定电流21.2.2晶闸管的额定电压21.3晶闸管保护环节的计算31.4过电流保护51.5平波电抗器的计算51.6励磁电路元件的选择61.7继电器-接触器控制电路设计72触发电路选择83双闭环的动态设计和校验93.1电流调节器的设计和校验93.2转速调节器的设计和校验104控制电路的设计与计算134.1给定环节的选择134.2控制电路的直流电源134.3反馈电路参数的选择与计算144.3.1测速发电机的选择144.3.2电流截止反馈环节的选择145系统计算机仿真155.1开环调速系统155.2转速单环调速系统165.3转速单环调速系统176MATLAB仿真分析与展望18致谢20参考文献21附录A主电路22附录B明细表231主电路设计与参数计算1.1整流变压器的设计1.1.1变压器二次侧电压U2的计算是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。

选择过大又会造成延迟角α加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。

一般可按下式计算，即：

（1-1）式中--整流电路输出电压最大值；

--主电路电流回路n个晶闸管正向压降；

C--线路接线方式系数；

--变压器的短路比，对10～100KVA，=0.05～0.1；

/--变压器二次实际工作电流与额定之比，应取最大值。

在要求不高场合或近似估算时，可用下式计算，即：

（1-2）式中A--理想情况下，α=0°

时整流电压与二次电压之比，即A=/；

B--延迟角为α时输出电压Ud与之比，即B=/；

ε——电网波动系数；

1~1.2——考虑各种因数的安全系数；

根据设计要求，采用公式：

（1-3）由表查得A=2.34；

取ε=0.9；

α角考虑10°

裕量，则B=cosα=0.985取=122V。

　　电压比K=/=380/122=3.11。

　　1.1.2一次、二次相电流I1、I2的计算表2整流变压器的计算系数（电感负载）计算系数单相全孔桥三相可靠半波三相全控桥三相半控桥A=Udo/U20.91.172.342.34B=Ud/Udocosαmincosαmincosαmin（1+cosαmin）/2K2=I2/In10.5770.8160.816K1=I1/In10.4720.8160.816由表查得=0.816,=0.816考虑变压器励磁电流得：

=A=13.17A=A=39.00A1.1.3变压器容量的计算；

（1-4）；

（1-5）；

（1-6）式中m1、m2--一次侧与二次侧绕组的相数；

由表查得m1=3，m2=3=3×

380×

13.17=15.01KVA=3×

122×

39.00=14.27KVA=1/2（15.01+14.27）=14.64KVA1.2晶闸管元件的选择正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保护可靠运行的前提下降低成本。

选择整流元件主要是合理选择它的额定电压Ukn和额定电流（通过平均电流）IT,它们与整流电路形式、负载性质、整流电压及整流电流平均值、控制角α的大小等因素有关。

一般按α=0计算，且同一装置中的晶闸管和整流管的额定参数算法相同。

　　1.2.1晶闸管的额定电流选择晶闸管额定电流的原则是必须使管子允许通过的额定电流有效值大于实际流过管子电流最大有效值[8]，即或==K（1-7）考虑（1.5～2）倍的裕量（1-8）式中K=/（1.57）--电流计算系数。

　　此外，还需注意以下几点：

①当周围环境温度超过+40℃时，应降低元件的额定电流值。

　　②当元件的冷却条件低于标准要求时，也应降低元件的额定电流值。

　　③关键、重大设备，电流裕量可适当选大些。

　　表3整流变压器的计算系数（电感负载）计算系数负载形式单相桥式三相半波三相半控桥Kfb电阻负载0.50.3740.368Kfb电感负载0.450.3670.367由表查得K=0.368，考虑1.5～2倍的裕量（1-9）=A=A取=30A。

故选晶闸管的型号为KP30-7。

　　1.2.2晶闸管的额定电压晶闸管实际承受的最大峰值电压，乘以（2～3）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压，即整流电路形式为三相全控桥，查表得，则==V=V（2-10）取=800V。

　　1.3晶闸管保护环节的计算晶闸管有换相方便，无噪音的优点。

设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。

正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。

　　1.3.1过电压保护以过电压保护的部位来分，有交流侧过压保护、直流侧过电压保护和器件两端的过电压保护三种。

（1）交流侧过电压保护阻容保护即在变压器二次侧并联电阻R和电容C进行保护。

本系统采用D-Y连接。

S=14.64kvA,U2=122V，Iem取值：

当S≥10KVA时，取Iem=4KVA。

　　=µ

F=23.61µ

F耐压≥1.5Um=1.5×

=258.8V选取30µ

F,耐压258.8V的CZDJ-2型金属化纸介电容器。

取=5KV，=Ω=2.6Ω，取3Ω==1.15A=W=W选取3、14W的金属膜电阻。

　　压敏电阻的计算=V=224.29V流通量取5KA。

选MY31-240/5型压敏电阻。

允许偏差+10％（264V）。

（2）直流侧过电压保护直流侧保护可采用与交流侧保护相同保护相同的方法，可采用阻容保护和压敏电阻保护。

但采用阻容保护易影响系统的快速性，并且会造成加大。

因此，一般不采用阻容保护，而只用压敏电阻作过电压保护。

　　=（1.8～2.2）×

230V=414～460V选MY31-440/5型压敏电阻。

允许偏差+10％（484V）。

　　（3）晶闸管及整流二极管两端的过电压保护查下表：

表4阻容保护的数值一般根据经验选定晶闸管额定电流/μA1020501002005001000电容/μF0.10.150.20.250.512电阻/Ω1008040201052抑制晶闸管关断过电压一般采用在晶闸管两端并联阻容保护电路方法。

电容耐压可选加在晶闸管两端工作电压峰值的1.1～1.15倍。

　　由上表得C=0.5µ

F，R=10Ω，电容耐压≥1.5==1.5×

×

122=448.26V1.4过电流保护直流侧快速熔断器:

容体额定电流IkRZ，满足条件。

　　忽略反电动势变化对电流环动态影响条件：

，满足条件。

　　电流环小时间常数近似处理条件：

　　3.1.5计算调节器的电阻和电容取运算放大器的=40，有=1.70740=68.28，取70，，取0.2，，取0.2。

故=，其结构图3如下所示：

图3电流调节器3.2转速调节器的设计和校验3.2.1确定时间常数：

有则，已知转速环滤波时间常数=0.01s，故转速环小时间常数。

3.2.2选择转速调节器结构：

按设计要求，选用PI调节器转速调节器的比例系数转速调节器的超前时间常数3.2.3计算转速调节器参数按跟随和抗干扰性能较好原则，取h=5,则ASR的超前时间常数为：

，转速环开环增益。

　　ASR的比例系数为。

　　3.2.4检验近似条件转速环截止频率为。

　　电流环传递函数简化条件为，满足条件。

　　转速环小时间常数近似处理条件为：

，满足近似条件。

　　3.2.5计算调节器电阻和电容取=40，则，取1100。

　　，取0.08，取1。

　　故。

其结构4图如下：

图4转速调节器校核转速超调量：

由h=4，查得，不满足设计要求，应使ASR退饱和重计算。

设理想空载z=0，h=5时，查得=81.2%，=，满足设计要求.4控制电路的设计与计算4.1给定环节的选择已知触发器的移相控制电压为正值，给定电压经过两个放大器它的输入输出电压极性不变，也应是正值。

为此给定电压与触发器共用一个15V的直流电源，用一个2.2、1W的电位器引出给定电压。

　　4.2控制电路的直流电源这里选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路电源，如下图7所示图5直流稳压电源原理图4.3反馈电路参数的选择与计算本设计中的反馈电路有转速反馈和电流截止负反馈两个环节，电路图见主电路。

　　4.3.1测速发电机的选择因为V，