轧钢辊道电气传动系统设计毕业设计论文.docx

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轧钢辊道电气传动系统设计毕业设计论文

毕业设计论文

轧钢辊道电气传动系统设计

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

作者签名：

　　　　　日　期：

指导教师签名：

　　　　　日　　期：

使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

作者签名：

　　　　　日　期：

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

作者签名：

日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权　　　　大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

作者签名：

日期：

年月日

导师签名：

日期：

年月日

注意事项

1.设计（论文）的内容包括：

1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）

2）原创性声明

3）中文摘要（300字左右）、关键词

4）外文摘要、关键词

5）目次页（附件不统一编入）

6）论文主体部分：

引言（或绪论）、正文、结论

7）参考文献

8）致谢

9）附录（对论文支持必要时）

2.论文字数要求：

理工类设计（论文）正文字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。

3.附件包括：

任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。

4.文字、图表要求：

1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写

2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。

图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画

3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印

4）图表应绘制于无格子的页面上

5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档

5.装订顺序

1）设计（论文）

2）附件：

按照任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）次序装订

指导教师评阅书

指导教师评价：

一、撰写（设计）过程

1、学生在论文（设计）过程中的治学态度、工作精神

□优□良□中□及格□不及格

2、学生掌握专业知识、技能的扎实程度

□优□良□中□及格□不及格

3、学生综合运用所学知识和专业技能分析和解决问题的能力

□优□良□中□及格□不及格

4、研究方法的科学性；技术线路的可行性；设计方案的合理性

□优□良□中□及格□不及格

5、完成毕业论文（设计）期间的出勤情况

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

指导教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

评阅教师评阅书

评阅教师评价：

一、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

建议成绩：

□优□良□中□及格□不及格

（在所选等级前的□内画“√”）

评阅教师：

（签名）单位：

（盖章）

年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

教研室（或答辩小组）评价：

一、答辩过程

1、毕业论文（设计）的基本要点和见解的叙述情况

□优□良□中□及格□不及格

2、对答辩问题的反应、理解、表达情况

□优□良□中□及格□不及格

3、学生答辩过程中的精神状态

□优□良□中□及格□不及格

二、论文（设计）质量

1、论文（设计）的整体结构是否符合撰写规范？

□优□良□中□及格□不及格

2、是否完成指定的论文（设计）任务（包括装订及附件）？

□优□良□中□及格□不及格

三、论文（设计）水平

1、论文（设计）的理论意义或对解决实际问题的指导意义

□优□良□中□及格□不及格

2、论文的观念是否有新意？

设计是否有创意？

□优□良□中□及格□不及格

3、论文（设计说明书）所体现的整体水平

□优□良□中□及格□不及格

评定成绩：

□优□良□中□及格□不及格

教研室主任（或答辩小组组长）：

（签名）

年月日

教学系意见：

系主任：

（签名）

年月日

摘要

辊道作为轧钢厂必不可少的设备，其数量多、占地面积广，贯穿整个轧钢厂的生产线。

在轧钢车间辊道是运送必不可少的设备，它作用于车间整个生产线，占工厂设备总重量的很大的比重，在很大程度上决定着轧钢车间的生产效率和整个轧制工艺过程的是否连续，而且轧钢机前后的辊道运转情况还直接影响轧钢机的产量的大小。

早期的辊道的调速系统是采用直流调速方式，本文介绍了该系统存在的系列问题和具体将其改造成变频调速系统，介绍了变频调速的优点，在钢铁生产中变频调速起着举足轻重的作用关系着生产命脉，关乎着操作者的安全和产品的质量。

传统的辊道采用集体传动方式，需要链条和变速箱，造价高维护不方便，也不利于对生产线的改造。

本文所采用的式单独传动方式：

一台电机控制一台辊子，利用变频器制动，调速。

大大节约了成本，同时采用变频调速系统能够大幅节能，并且调速快捷，调速精度高。

本文具体介绍了如何选择辊道电动机，选择变频器的方法，和对制动方式的考量。

关键字：

辊道电机，变频器，传动方式，变频调速

Summary

Rolleressentialasrollingmillequipment,itsquantity,widefootprint,throughouttherollingmillproductionline.Inthesteelrollingworkshoprolleressentialequipmentisshipped,whichactsontheentireproductionlineworkshop,plantandequipmentaccountsforalargeproportionofthetotalweight,largelydeterminetheproductivityandtheentirerollingprocessofrollingplantwhethercontinuous,androllermillfunctioningbeforeandaftertherollingmillalsodirectlyaffectthesizeoftheyield.EarlyrollerspeedcontrolsystemistheuseofaDCspeedcontrol,thispaperdescribesaseriesofproblemsexistinthesystemandtotransformitintoaspecificfrequencycontrolsystem,describesthebenefitsoffrequencycontrol,frequencycontrolinsteelproductionItplaysanimportantroleintherelationshipbetweentheproductionlifeline,aboutthequalityofoperatorsafetyandproduct.Traditionalrolleracollectivedrivemode,youneedachainandgearbox,highmaintenancecostisinconvenient,isnotconducivetothetransformationoftheproductionline.Typesingledriveusedherein:

amotortocontrolaroller,usetheinverterbrake,speed.Significantcostsavings,whiletheuseoffrequencycontrolsystemcansignificantlysavingandfastspeed,high-speedprecision.Thisarticledescribeshowtoselectthespecificrollermotor,selectthedrive,andamethodforbrakingmodeconsiderations.

Keywords:

rollermotor,inverter,transmissionmode,frequencycontrol

1绪论

1.1辊道输送机

常用于水平的或向上微斜的输送线路。

驱动装置将动力传给辊子，使其旋转，通过辊子表面与输送物品表面间的摩擦力输送物品。

按驱动方式有单独驱动与成组驱动之分。

前者的每个辊子都配有单独的驱动装置，以便于拆卸。

后者是若干辊子作为一组，由一个驱动装置驱动，以降低设备造价。

成组驱动的传动方式有齿轮传动、链传动和带传动。

动力式辊子输送机一般用交流电动机驱动，根据需要亦可用双速电动机和液压马达驱动。

具有结构简单、运行可靠、维护方便、可输送高温物品、节能等特点，适合于运送成件物品。

辊子输送机分动力型和无动力型，可以实现直线、曲线、水平、倾斜运行，并能完成分流、合流等要求，实现物品在机上加工、装配、试验、包装、挑选等工艺。

结构形式：

从驱动形式上分为有动力、无动力、电动滚筒等，按布局形式分为水平输送，倾斜输送和转弯输送。

尺寸规格：

滚筒输送机内宽度由客户指定，可按客户需求制作，转弯滚线标准转弯内半径为300、600、900、1200mm等，也可按客户需求采用其它特殊规格。

直段滚筒所用的滚筒直径有38、50、60、76、89mm等。

转弯滚筒的锥度我们会根据输送物体的重量、外形尺寸、线速度等来设计。

传动方式：

单链轮、双链轮、O型皮带、平面摩擦传动带、同步带等。

调速方式：

变频调速，无级变速等。

在本文选用变频调速方式，可以用PLC控制。

1.2辊道输送在轧钢生产中的作用及其发展情况

在轧钢车间辊道是运送轧件必不可缺少的设备，它作用于车间整个生产作业线，占车间设备总重量的20%-30%（有的车间甚至达到40%-60%），在很大程度上关系着轧钢车间的生产率和整个轧制工艺流程的连续性，而且轧钢机前后的辊道运转情况还直接影响轧钢机的产量。

对于轧钢辊道，各种规格辊子参数作用如下：

直径

用途

600

装甲板轧机和板坯机的工作辊道

500

板坯机，大型初轧机和厚板轧机的工作辊道

450

初轧机的工作辊道

400

小型初轧机和轨梁轧机的工作辊道

板坯机和大型初轧机的运输辊道

350

中板轧机的工作辊道，初轧机和轨梁轧机的运输辊道

300

中型轧机和薄板轧机的工作辊道和输入辊道

250

小型轧机的输入辊道，中型轧机和薄板轧的输出辊道

200

小型轧机冷床处理的辊道

表1辊子直径表

辊道输送机的发展1）近年来，辊道输送技术取得巨大进步，主要表现在生产率显著提高。

2）辊子规格范围增大，使用领域增多。

3）运输效率有所提高4）驱动方式成熟，工作稳定，使用变频调速方式大幅节能降低生产成本。

1.3本文设计目标

设计一条出炉辊道其作用是将加热好的钢坯往轧机方向输送，轧机速度1.36m/s，传动方式为17个辊子单独传动，行程为24m，运输钢坯规格150x150xl200mm运输钢坯单重2055kg。

近年来，轧钢工作辊道由集体传动形式转变为单独传动形式，就是由一台电动机带动一个工作辊，这样就不用担心传统辊道的机械设备维护，主要对辊子和电机维护即可，投资小能耗低。

所以本文也选取这种传动方式来进行设计。

通过变频调速方式通过PLC进行控制。

图1轧钢辊道

直流传动系统存在的问题：

①直流传动系统采用继电器进行控制,故障率高,且无法通过计算机终控系统对电机的运行状态进行实时监控;

②出炉辊道最重承载钢坯重量达30ｔ,属于重载起制动,原直流传动系统在起动及制动的过程中能耗巨大;

③由于棍道的磨损,使得辊子受力不均,从而导致部分电机经常出现过流的情况,造成电机故障率的增加;

④该直流电机调速系统结构复杂,容易发生故障且难以确定造成故障的原因,这使得该系统的维护工作量大且维护成本高。

2辊道变频调速系统

2.1变频器概述

变频器（Variable-frequencyDrive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。

变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。

随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

2.2变频器的分类和组成

变频器分为：

1交---交型输入是交流，输出也是交流将工频交流电直接转换成频率、电压均可控制的交流，又称直接式变频器

 2交—直---交型输入是交流，变成直流再变成交流输出将工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变成频率、电压、均可控的交流电又称为间接变频器。

多数情况都是交直交型的变频器。

变频器的组成：

由主电路和控制电路组成，主电路由整流器、中间直流环节、逆变

图2.1变频器

（1）整流电路

一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。

它的主要作用是对工频的外部交流电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。

（2）逆变电路:

逆变电路作用是通过逆变器中主开关器件的有规律地通与断，从而得到可变电压、频率的交流电输出。

常用的开关器件有绝缘栅双极型晶体管（}IGBT）、电力场效应晶体管（MOSFET）、电力晶体管（GTR）、门极关断（GTO）晶闸管以及等。

几种开关器件的结构如图3.2所示。

在以前逆变器中，所采用的电力电子器件主要是晶闸管，其开关频率较低，调速系统的控制方式在当时主要是调压与调频分别控制，即相控整流器控制输出电压的幅值，逆变器开关频率控制决定输出电压的频率，这种调压、调频分别控制方式量简单，易于调整，但有许多缺点:

调速系统功率因数差，转矩脉动大，动态响应慢等。

近年来，随着电力电子技术的发展，具有自关断能力的元件如大功率晶体管GTR和门极可关断晶间管GTO开始得到广泛应用，产生了一种新型的调压一调频综合控制技术一脉宽调制技术及相应的PWM逆变器。

现在的SPW逆变器，均是以工GBT为开关器件。

工GBT融合了GTR与MOSFET的优点，具有容量大开关频率高等特点，工GBT的平均开关频率能够达到20kHz左右。

SPWM逆变器，能够同时完成调压和调频的任务。

SPWM逆变器所采用的SPWM（SinusoidalPulsewidthModulation）方式，采用参考正弦电压波与载频三角波互相比较，决定主开关的导通时间来实现调压，利用脉冲宽度的改变来得到幅值不同的正弦基波电压。

脉宽调制型变频器不仅可以把调压和调频的功能集于一身，而且还因采用不可控整流，简化了整流装置，降低了整流器的造价，同时还改善了系统的功率因数，特别是通过采用适当的调制方法可以使变频器输出电压中谐波分量，尤其是低次谐波显著减少，从而使异步电动机的技术性能指标得到了大幅度地改善。

图2.2逆变电路

（3）中间直流环节

由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1，因此，在中间直流环节与电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件（电容器或电抗器）来缓冲。

如果中间储能元件，采用大容量的电容并联在直流环节上，由于电容两端的电压不能突变，因此，直流环节的电压比较稳定，相当于恒压源。

如果中间储能元件改为一个大的串联电感，那么直流部分就相当于一个恒流源。

根据中间电路储能元件的不同，可分为电压源型变频器和电流源型变频器。

（4）制动电路

一般的电压源型交一直一交变频器为不可逆变频器，即变频器正常运行为两象限运转，电源只向异步电动机输出功率。

对于减速时需要制动力的负载，功率会从异步电动机向逆变器回流，此时变频器需附加一套制动电路，以实现电机II}IV象限制动，制动电路采用制动电阻的形式，当异步电动机工作在制动发电状态时（转差率为负），将产生再生能量，再生能量存与变频器平滑回路电容器中，使平滑回路中直流电压升高，当电压升高到一定值时，控制电路使制动部分的晶体管导通，再生能源流入电阻器被消耗掉。

再生能量较大时，控制单元和电阻单元将分别设置。

对于需要急加减速度，并且加减速度频繁的场合，或对于制动为主要目的场合，需采用可逆变频器，实现电动机的四象限运行，即双向电动和能量回馈制动运行，这种逆变器可以将电机的再生能源反馈回电网。

实际上由于变频器的整流为高频非线性，因此会产生高次谐波，使电网的电压和电流波形发生畸变，对电网造成污染，因此需要一些附件来处理。

（5）控制电路

控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路和驱动电路等组成。

其主要任务是接受各种信号，进行基本运算，输出计算结果，完成对逆变电路的开关控制对整流器的电压控制（可控型）以及完成各种保护功能等。

控制方法可以采用模拟控制或数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。

由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。

2.3变频器的选择

通用变频器的选择包括通用变频器的型式选择和容量选择两个方面，选择的原则是：

首先其功能特性能保证可靠地事项工艺要求，其次是获得较好的性能价格比。

通用变频器类型的选择要根据负载特性进行。

对于风机、泵类等平方转矩，低速下负载转矩较小，通常可选择专用或普通功能型通用变频器。

对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械应选用具有转矩控制功能的高功能型通用变频器，这种通用变频器低速转矩、静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。

为了实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大通用变频器容量的办法。

对于要求精度高、动态性能好、速度响应快的生产机械（如造纸机械、注塑机、轧钢机等），应采用矢量控制或直接转矩控制型通用变频器。

本文通过以下方面选择：

电机的规格指标参数：

变频器在使用过程中带动的是电机，所以，变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。

那首先，我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。

每台电机都有它自己出厂的铭牌，从铭牌上，我们不难找到电机的各项参数。

这些参数中，我们需要了解的主要参数有：

电机的额定电压、额定电流、额定频率、额定转速等。

电机的额定电压：

电机的额定电压一般有110V、220V、380V、690V、1140V、6kV等。

电机的额定电流：

电机的额定电流根据电机的功率不同而不同。

选择变频器时，变频器的额定电流应大于或等于电机的额定电流，特殊情况应将变频器功率档次放大一档。

电机的额定频率：

普通电机的额定频率一般是50～60Hz，高速电机有1000～3000Hz等。

CH_100系列可满足0～600Hz电机的需要，如需更高频率，请选用CH_150系列变频器。

电机的额定转速：

电机有分为2极、4极、6极、8极等，极数越高，转速越低，同功率电流也越大。

我们一般用的电机的额定转速是1500rpm对应4极电机。

变频器也是根据4极电机来设计的。

2极对应3000rpm、6极对应960rpm、8极对应720rpm左右。

2.4变频器参数设置

由公式n=n1（1-s）

（1）N1=60f/p

（2）通过变频器对电机进行调速

参数

作用

P0003

1<1.标准级,2.扩展级,3.专家级级>

P0010

1<快速调试>

P0100

0<50Hz>

P0205

0恒转矩

P0300

1异步电动机

P0304

电机额定电压

P0305

电机额定电流

P0307

电机额定功率

P0308

电机额定功率因数

P0310

电机额定频率

P0311

电机额定转速

P0335

<电机冷却：

0，自冷；1，强冷；2，自冷，内置风机。

〉

P0640

220%~230%（电机的过载因子）

P0700

〈选择命令源：

0，工厂设置；1，操作面板（BOP）；2，端子（数字输入）〉

P1000

〈选择频率设定值：

1，电位计（MOP）；2，模拟设定值；3，固有频率。

〉注：

如果需要频率保持无级调速，即能保持在任一频率下运行，则选1，如果不需要保持频率，即有档位控制，则选3（一般双梁车选用）

P1080

电机最小频率

P1082

电机最大频率

P1120