十机架连轧机分部传动直流调速系统课程设计.docx

1、十机架连轧机分部传动直流调速系统课程设计十机架连轧机分部传动直流调速系统课程设计本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由集成电路实现，系统中有速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等。 The main circuit adopts thyristor three-phase full controlled bridge rectifier circuit, control circuit of an integrated circuit, system with speed regulator, current regulator, flip flop

2、s, lock parts unit and the current adaptive controller etc. 本文所论述的是转速、电流双闭环直流调速系统设计。主电路设计是依据晶闸管-电动机（VM）系统组成，其系统由整流变压器TR、晶闸管整流调速装置、平波电抗器L和电动机-发电机组等组成。整流变压器TR和晶闸管整流调速装置的功能是将输入的交流电整流后变成直流电；平波电抗器L的功能是使输出的直流电流更平滑；电动机-发电机组提供三相交流电源。 Discussed in this paper is the design speed, current double closed loop DC

3、 speed regulating system. The main circuit is designed on the basis of thyristor motor (V - M) system, the system is composed of rectifier transformer TR, thyristor speed regulating device, flat wave reactor L and motor generator set. Rectifier transformer TR and thyristor rectifier control device i

4、s the function of the AC input into a DC power; the flat wave reactor L function is the direct current output more smooth; motor generator set provides three-phase AC power supply. Key words：Dual closed-loop speed contrd system；Speed regulator；The current regulator；The ten stand continuous rolling s

5、ystem；MATLAB simulation 目 录 1主电路设计与参数计算 1 1.1整流变压器的设计 1 1.1.1变压器二次侧电压U2的计算 1 1.1.2 一次、二次相电流I1、I2的计算 2 1.1.3变压器容量的计算 2 1.2、晶闸管元件的选择 2 1.2.1 晶闸管的额定电流 2 1.2.2晶闸管的额定电压 2 1.3晶闸管保护环节的计算 3 1.4过电流保护 5 1.5平波电抗器的计算 5 1.6励磁电路元件的选择 6 1.7 继电器-接触器控制电路设计 7 2触发电路选择 8 3 双闭环的动态设计和校验 9 3.1电流调节器的设计和校验 9 3.2 转速调节器的设计和校验

6、 10 4 控制电路的设计与计算 13 4.1 给定环节的选择 13 4.2 控制电路的直流电源 13 4.3 反馈电路参数的选择与计算 14 4.3.1测速发电机的选择 14 4.3.2 电流截止反馈环节的选择 14 5 系统计算机仿真 15 5.1 开环调速系统 15 5.2 转速单环调速系统 16 5.3 转速单环调速系统 17 6 MATLAB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 23 1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

7、造成延迟角加大，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10100KVA， =0.050.1；/-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，=0时整流电压与二次电压之比，即A=/；B-延迟角为时输出电压Ud与之比，即B=/；电网波动系数；11.2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=0.9；角考虑1

8、0裕量，则 B=cos=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/U2 0.9 1.17 2.34 2.34 B=Ud/Udo cosmin cosmin cosmin (1+cosmin)/2 K2=I2/In 1 0.577 0.816 0.816 K1=I1/In 1 0.472 0.816 0.816 由表查得 =0.816, =0.816 考虑变压器励磁电流得： =A=13.17A =A=39.00A

9、 1.1.3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 =338013.17=15.01 KVA =312239.00=14.27KVA =1/2（15.01+14.27）=14.64 KVA 1.2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、控制角的大小等因素有关。一般按=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

10、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（1.52）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： 当周围环境温度超过+40时，应降低元件的额定电流值。 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。 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 0.5 0.374 0.368 Kfb 电感负载 0.45 0.367 0.

11、367 由表查得 K=0.368，考虑1.52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（23）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

12、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 S10KVA时，取Iem=4KVA。 =F=23.61F 耐压1.5Um =1.5122=258.8V选取30F,耐压258.8V的CZDJ-2型金属化纸介电容器。取=5KV， =2.6，取3 =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

13、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。 =(1.82.2) 230V=414460V 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/A 10 20 50 100 200 500 1000 电容/F 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 电阻/ 100 80 40 20 10 5 2 抑制晶闸管关断过电压一般采用

14、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1.11.15倍。 由上表得C=0.5F，R=10， 电容耐压1.5=1.5122=448.26V 1.4 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： ，满足条件。 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

15、=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，