運(yùn)控畢業(yè)設(shè)計---四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　前言</b></p><p>　　隨著軋制技術(shù)和機(jī)械制造水平的提高，高精度的冷軋薄板軋機(jī)獲得長足發(fā)展。而作為軋機(jī)的控制系統(tǒng)越來越得到重視。直流調(diào)節(jié)控制技術(shù)越來越廣泛地應(yīng)用于軋制領(lǐng)域?？赡胬滠垯C(jī)要求在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行速度的平滑調(diào)節(jié)，并且要求有良好的穩(wěn)態(tài)、動態(tài)性能。直流調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍廣、靜差率小、穩(wěn)定性好以及具有良好的動態(tài)性能，在高性能的拖動技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)長時期

2、內(nèi)幾乎都采用直流電力拖動系統(tǒng)。為了深入地分析控制原理在直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用，本文對可逆冷軋機(jī)的主傳動雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行分析設(shè)計。 </p><p>　　首先，介紹了四輥可逆冷軋機(jī)的機(jī)械配置和直流調(diào)速原理，詳細(xì)論證了該系統(tǒng)的應(yīng)該采用的調(diào)速電路。應(yīng)用控制理論，對該控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速控制方案及其控制過程實現(xiàn)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究?；谥绷髡{(diào)速技術(shù)，完成了四輥可逆冷軋機(jī)的主軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)。其次，對組成該系統(tǒng)的各單元進(jìn)

3、行了分析設(shè)計。并對主電路的主要設(shè)備進(jìn)行了選擇，計算了參數(shù)如整流變壓器的容量S，電抗器的電感量L等，并說明保護(hù)元件的作用。然后，設(shè)計電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)，確定ASR和ACR的結(jié)構(gòu)，并計算其參數(shù)。最后，結(jié)合實驗，論述該系統(tǒng)設(shè)計的正確性。</p><p>　　總之，本次設(shè)計的主要任務(wù)就是應(yīng)用自動控制理論和工程設(shè)計的方法對直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計和控制，設(shè)計出能夠達(dá)到性能指標(biāo)要求的電力拖動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器。</p>&l

4、t;p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言I</b></p><p><b>　　第一章 緒論1</b></p><p>　　1.1課程設(shè)計的背景及意義1</p><p>　　1.1.1設(shè)計的背景1</p><p>

5、;　　1.1.2設(shè)計的意義2</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究的歷史及現(xiàn)狀2</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外冷軋板帶狀況2</p><p>　　1.2.2國內(nèi)外冷帶鋼軋機(jī)發(fā)展?fàn)顩r4</p><p>　　1.3課程設(shè)計內(nèi)容及要求5</p><p>　　1.3.1設(shè)計題目及設(shè)計要求5</p>

6、;<p>　　1.3.2 設(shè)計內(nèi)容6</p><p>　　第二章 四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)分析7</p><p>　　2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)基礎(chǔ)知識7</p><p>　　2.2 四輥冷軋機(jī)控制要求7</p><p>　　2.3 四輥冷軋機(jī)張力控制基礎(chǔ)上的調(diào)速8</p><p>　　2.3.1 從工

7、藝角度8</p><p>　　2.3.2 恒張力調(diào)速控制9</p><p><b>　　2.4 主軋機(jī)9</b></p><p>　　2.4.1 主扎機(jī)的工作狀態(tài)9</p><p>　　2.4.2 主軋機(jī)調(diào)速控制原理10</p><p>　　2.5 主軋機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速控制11<

8、/p><p>　　第三章 主電路和控制電路方案論證12</p><p>　　3.1 系統(tǒng)工作原理12</p><p>　　3.1.1 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)13</p><p>　　3.1.2 調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾13</p><p>　　3.2 調(diào)速系統(tǒng)組成15</p><p>　　

9、3.3主電路方案論證15</p><p>　　3.3.1勵磁反接可逆電路15</p><p>　　3.3.2電樞反接可逆電路16</p><p>　　3.4 控制電路方案論證18</p><p>　　3.4.1帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)18</p><p>　　3.4.2轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)19

10、</p><p>　　3.4.3 = 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)20</p><p>　　3.4.4 無環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng)21</p><p>　　3.4.5檢測電路和反饋電路23</p><p>　　第四章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的各功能模塊設(shè)計24</p><p>　　4.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述

11、24</p><p>　　4.1.1 主電路及化簡24</p><p>　　4.1.2額定勵磁下的直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)描述25</p><p>　　4.2速度調(diào)節(jié)器27</p><p>　　4.3電流調(diào)節(jié)器28</p><p>　　4.4鋸齒波同步移相觸發(fā)電路29</p><p>　　4.

12、5電流反饋與過流保護(hù)30</p><p>　　4.6轉(zhuǎn)速變換31</p><p>　　4.7零速封鎖器32</p><p>　　4.8轉(zhuǎn)矩極性鑒別(DPT)33</p><p>　　4.9零電平檢測(DPZ)34</p><p>　　4.10邏輯控制(DLC)35</p><p>　

13、　第五章 系統(tǒng)電路的設(shè)計及參數(shù)計算36</p><p>　　5.1 主電路的主要設(shè)備及參數(shù)計算37</p><p>　　5.1.1晶閘管的參數(shù)計算和選擇37</p><p>　　5.1.2平波電抗器的選擇38</p><p>　　5.1.3 整流變壓器的選擇38</p><p>　　5.1.4 主電路的過電

14、壓和過電流保護(hù)39</p><p>　　5.1.5電流互感器的選擇40</p><p>　　5.2 控制電路的設(shè)計及參數(shù)計算40</p><p>　　5.2.1 ACR的設(shè)計42</p><p>　　5.2.2 ASR的設(shè)計44</p><p>　　5.2.3 DLC的設(shè)計46</p><

15、;p>　　第六章 實驗調(diào)試、校正及其結(jié)果驗證48</p><p>　　6.1實驗?zāi)康?8</p><p>　　6.2實驗內(nèi)容48</p><p>　　6.3 實驗設(shè)備48</p><p>　　6.4 實驗步驟48</p><p>　　6.4.1 雙閉環(huán)可逆調(diào)速系統(tǒng)調(diào)試原則：48</p&g

16、t;<p>　　6.4.2 系統(tǒng)的開環(huán)調(diào)試49</p><p>　　6.4.3 系統(tǒng)各單元的調(diào)試和參數(shù)整定49</p><p>　　6.4.4 電流環(huán)閉環(huán)調(diào)試（電動機(jī)不加勵磁）50</p><p>　　6.4.5 速度環(huán)閉環(huán)調(diào)試（電動機(jī)加額定勵磁）50</p><p>　　6.5 觸發(fā)器的整定50</p&

17、gt;<p>　　6.6 系統(tǒng)的開環(huán)運(yùn)行及特性測試51</p><p>　　6.7 系統(tǒng)單元調(diào)試53</p><p>　　6.8 實驗結(jié)論55</p><p>　　第八章 結(jié)論57</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)58</b></p><p><b>　　第

18、一章 緒論</b></p><p>　　1.1課程設(shè)計的背景及意義</p><p>　　1.1.1設(shè)計的背景</p><p>　　冷軋的薄板、帶鋼具有尺寸精度高、表面質(zhì)量好、良好的機(jī)械和工藝性能等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于宇航技術(shù)、武器、航空、電子、汽車、化工、家用電器、造船、建筑、石油以及民用五金等國民經(jīng)濟(jì)各部門。由于冷軋薄板具有較高的利潤值，近年來越來越多

19、的鋼鐵企業(yè)進(jìn)入冷軋行業(yè)，首鋼、邯鋼、唐鋼、馬鋼、昆鋼等鋼鐵集團(tuán)紛紛上馬冷軋項目，并且寶鋼、鞍鋼、武鋼、攀鋼等傳統(tǒng)的冷軋產(chǎn)品生產(chǎn)廠也通過擴(kuò)建、技術(shù)改造的方式不斷擴(kuò)大生產(chǎn)能力。隨著中國加入WTO，國外的冷軋產(chǎn)品也將大量地進(jìn)入中國市場，市場競爭日趨激烈。本鋼冷軋廠至2000年年產(chǎn)量已達(dá)78萬噸，其中鍍鋅產(chǎn)品26萬噸，創(chuàng)利潤達(dá)1億多元。</p><p>　　隨著工業(yè)的發(fā)展，對薄板質(zhì)量要求越來越高，產(chǎn)量要求越來越大，對冷軋

20、板帶生產(chǎn)也提出了更高的要求，進(jìn)一步促進(jìn)了冷軋生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。主要特點表現(xiàn)在卷重加大、軋速提高、機(jī)架數(shù)增加、快速換輥、液壓裝置、自動控制等幾個方面。在此形勢下，發(fā)達(dá)國家傳統(tǒng)工作所面臨的競爭非常激烈，利潤越來越低，國外現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的最直接目的是降低成本，能夠降低成本的技術(shù)就有生命力。因此，當(dāng)前軋鋼過程的主要動向是開發(fā)以節(jié)約能源、節(jié)省勞動力、提高產(chǎn)品質(zhì)量為目標(biāo)的自動化技術(shù)。通過廣泛使用計算機(jī)，安裝高精度，高響應(yīng)的傳感器與控制器，不斷改進(jìn)軋機(jī)及

21、其傳動電機(jī)的性能，加上控制理論與軋制理論的進(jìn)步及其數(shù)學(xué)模型的具體完善和實施，提高自動控制技術(shù)，品質(zhì)管理技術(shù)，工程管理技術(shù)的水平，才能生產(chǎn)出高質(zhì)量、多品種的鋼材制品。因此，軋鋼過程的自動化，高精度化的重要性就顯而易見了[1]。</p><p>　　在軋制速度越來越高，產(chǎn)品范圍越來越大，質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格的情況下，軋機(jī)自動控制系統(tǒng)的功能及其檢測儀表的性能，必須進(jìn)一步提高和完善，才能與之相適應(yīng)。比如：速度的自動控制、厚

22、度的自動控制、張力的自動控制和板形的自動控制等。通過高水平的自動控制系統(tǒng)可以保證生產(chǎn)的高效率、高效益、高質(zhì)量和低功耗。冷軋機(jī)的自動控制是一種復(fù)雜的機(jī)一電一工藝的綜合控制系統(tǒng)，變量較多，參數(shù)變化快，并且彼此相互影響，相互制約，為獲得高質(zhì)量的成品帶鋼(厚度偏差5“m)，必須設(shè)有相應(yīng)的自動控制系統(tǒng)。這一系列的自動控制系統(tǒng)包括：帶鋼張力自動控制系統(tǒng)(ATC)，主傳動的速度自動控制系統(tǒng)(ASC)，帶鋼厚度自動控制系統(tǒng)(AGC)等等。通過這些基本的

23、控制系統(tǒng)就可以提高產(chǎn)量和產(chǎn)品的質(zhì)量，改善系統(tǒng)的過程穩(wěn)定性，減少意外事故的發(fā)生等。與此同時，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，上述的基本控制系統(tǒng)也將不斷更新、發(fā)展和完善。</p><p>　　1.1.2設(shè)計的意義</p><p>　　此次課程設(shè)計針對我們所學(xué)的《電力拖動自動控制系統(tǒng)——運(yùn)動控制系統(tǒng)》安排的，目的明確，學(xué)以致用。運(yùn)動控制系統(tǒng)是自動化專業(yè)的主干專業(yè)課，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性、實踐性和工程背景，運(yùn)動控

24、制系統(tǒng)課程設(shè)計的目的在于培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用運(yùn)動控制系統(tǒng)的知識和理論分析和解決運(yùn)動控制系統(tǒng)設(shè)計問題，使學(xué)生建立正確的設(shè)計思想，掌握工程設(shè)計的一般程序、規(guī)范和方法，提高學(xué)生調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)及正確使用技術(shù)資料、標(biāo)準(zhǔn)、手冊等工具書的能力，理解分析、制定設(shè)計方案的能力，編寫設(shè)計說明書的能力。</p><p>　　1.2國內(nèi)外研究的歷史及現(xiàn)狀</p><p>　　1.2.1國內(nèi)外冷軋板帶狀況</

25、p><p>　　鋼板和帶鋼是國民經(jīng)濟(jì)各部門中最廣泛使用的鋼材，按其厚度可以分為兩大類，即厚板和薄板，尺寸范圍如表1所示：</p><p><b>　　表格 1鋼板分類</b></p><p>　　對帶鋼而言最主要的技術(shù)指標(biāo)是：</p><p>　　(1)尺寸精確性：板厚精度和板形是決定板、帶鋼幾何尺寸精度的兩大質(zhì)量指標(biāo)。隨著

26、各行業(yè)對板、帶材質(zhì)量要求的提高，板厚和板形控制具有十分重要的意義；</p><p>　　(2)表面質(zhì)量：板鋼是表面積很大而相對體積很小的鋼材，又多用作外圍構(gòu)件，故必須保證表面質(zhì)量；</p><p>　　(3)準(zhǔn)確的化學(xué)成分、良好的工藝性能和機(jī)械性能。</p><p>　　在鋼鐵工業(yè)中，采用冷軋的方式生產(chǎn)薄板、帶鋼從1926年就開始了。由于其表面質(zhì)量好、具有強(qiáng)度高、厚

27、度薄、尺寸精度準(zhǔn)確、深沖性好、易加工、和良好的機(jī)械、工藝性能等優(yōu)點，被廣泛用于宇航技術(shù)、飛機(jī)、汽車、化工、造船、建筑、石油、家用電器以及日用小五金等國民經(jīng)濟(jì)的方方面面。</p><p>　　近幾十年來冷連軋板、帶鋼在軋鋼生產(chǎn)中的迅速發(fā)展，亦為各種新技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了一個領(lǐng)域，而生產(chǎn)過程自動化是迅速提高生產(chǎn)產(chǎn)量和獲得優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品的重要途徑[2]。</p><p>　　我國作為鋼鐵大國，鋼鐵產(chǎn)量

28、已經(jīng)超2．7億噸，但是總體上來說還遠(yuǎn)不是鋼鐵強(qiáng)國。近幾十年來，我國宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)生了重大變化，買方市場已經(jīng)基本形成，內(nèi)需不足的問題日益突出。與此同時，由于自主開發(fā)創(chuàng)新能力弱，工業(yè)發(fā)展缺少新技術(shù)的支撐，高技術(shù)含量和高附加值產(chǎn)品的開發(fā)滯后，生產(chǎn)能力明顯不足。比如，90年代以來，我國高技術(shù)產(chǎn)品貿(mào)易一直保持逆差，1994年最高達(dá)到142．6億美元。就是在國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模很大的時候，一些產(chǎn)業(yè)的主體設(shè)備和技術(shù)也嚴(yán)重依賴進(jìn)口。我國作為鋼鐵生產(chǎn)大國，年產(chǎn)鋼已經(jīng)

29、突破2．7億噸，且已出現(xiàn)產(chǎn)品嚴(yán)重積壓和價格走低的現(xiàn)象，但冷軋薄板、冷軋帶鋼、冷軋硅鋼、鍍鋅板、不銹鋼薄板等技術(shù)含量高、附加值高的生產(chǎn)用材則嚴(yán)重短缺。</p><p>　　由于冷軋板帶的消費(fèi)市場前景廣闊，應(yīng)用極其廣泛，其產(chǎn)量占軋材的比例逐年不斷攀升。但與國外相比，差距還是很大。世界上美、俄、日等主要產(chǎn)鋼國家，冷軋板卷占軋材總產(chǎn)量的比例大都在30％以上，而我國冷軋板卷占軋材總產(chǎn)量比例僅為4％，每年都需要大量進(jìn)口冷軋板

30、卷，自給率僅達(dá)40％左右。目前國內(nèi)需要的高精度帶材主要依賴進(jìn)口的局面與軋制控制技術(shù)落后有關(guān)。</p><p>　　目前美國等發(fā)達(dá)國家，不僅大力推進(jìn)薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線的建設(shè)，生產(chǎn)低成本薄規(guī)格的熱軋寬帶鋼，同時還加速建設(shè)和改造冷軋寬帶鋼軋機(jī)，擴(kuò)大冷軋寬帶鋼和涂鍍層板等高附加值產(chǎn)品在鋼材生產(chǎn)中的比例。建設(shè)冷軋寬帶軋機(jī)模型多樣化，例如美國近年來除新建和改造冷軋寬帶鋼連軋機(jī)組外，還大量在新建的薄板坯連鑄連軋生產(chǎn)線后建設(shè)現(xiàn)

31、代化的高產(chǎn)量高效率的單(雙)機(jī)架可逆式軋機(jī)，形成“小鋼廠”冷軋寬帶鋼生產(chǎn)模式，節(jié)省了中間退火環(huán)節(jié)，降低了成本[3]。</p><p>　　1.2.2國內(nèi)外冷帶鋼軋機(jī)發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　鋼的冷軋起始于德國，德國1917年二輥可逆式冷軋機(jī)、1932年四輥可逆式冷軋機(jī)的率先使用，掀開了現(xiàn)代按常規(guī)工藝生產(chǎn)板帶材的序幕，此后冷軋帶鋼的最大有效寬度迅速增大，而且在一定寬度條件下，其最小軋制厚

32、度也不斷減小。日本1938年在東洋鋼板松下工廠安裝了第一臺可逆式冷軋機(jī)，開始了冷軋薄板生產(chǎn)。1940年在新日鐵廣佃廠建立了第一套四機(jī)架1420mm冷連軋機(jī)。帶鋼的連續(xù)冷軋的首次記錄要追溯到大約1904年，當(dāng)時，韋斯特利奇播哥(WestLeechburg)鋼公司安裝并開動了一臺四機(jī)架二輥連軋機(jī)，每個機(jī)架單獨用速度可調(diào)的直流電機(jī)驅(qū)動。而具有機(jī)架間張力和張力卷取機(jī)的真正的連軋機(jī)操作，大約于1915年在匹茲堡的莫里斯一貝利(Morris&

33、;Bailey)鋼公司和蘇必利爾(Superior)鋼公司安裝的軋機(jī)上才得到發(fā)展。第一臺四機(jī)架四輥冷軋機(jī)由美國軋機(jī)公司于1926年在巴特勒工廠投入生產(chǎn)。</p><p>　　70年代后，由于世界性的能源問題，美、日、英、德、俄等鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國家的冷軋板帶生產(chǎn)不太景氣，因而新建的冷軋機(jī)較少。這一階段這些國家的投資基本上都花在冷軋機(jī)的改造上，改善板帶產(chǎn)品的板形，減少板厚，降低能耗，提高軋速，增大卷重。盡量提高軋機(jī)的裝

34、備水平，增設(shè)必要的控制手段，采用新技術(shù)，局部采用新設(shè)備、新工藝，從而提高冷軋板帶的質(zhì)量和產(chǎn)量。這一時期，世界上出現(xiàn)了控制板形的多種新型軋機(jī)，也同時出現(xiàn)了各生產(chǎn)工序連續(xù)化的全連續(xù)式冷軋機(jī)。由于汽車、家電等行業(yè)的迅猛發(fā)展，這一趨勢稍有改觀，不少國家又開始新建或準(zhǔn)備新建一些冷軋機(jī)。</p><p>　　我國冷軋板帶工業(yè)起步較晚，直到1906年，鞍鋼建立了第一臺1700mm單機(jī)可逆式冷軋機(jī)，以后又陸續(xù)投產(chǎn)了1200mm單

35、機(jī)可逆式冷軋機(jī)、MKWl400mm偏八輥軋機(jī)、1500mm二十輥冷軋機(jī)和1250mm單機(jī)架可逆式HC冷軋機(jī)，70年代武漢鋼鐵公司投產(chǎn)了我國第一套1700mm五機(jī)架冷連軋機(jī)，1988年在寶鋼建成了2030mm五機(jī)架冷連軋機(jī)。此后，又陸續(xù)新建了寶鋼1420mm、攀鋼1220mm、寶鋼1550mm工程，以及寶鋼三期后工程1800mm五機(jī)架冷軋機(jī)?？v觀國內(nèi)現(xiàn)有的冷軋機(jī)，除了新建的如寶鋼2030mm、1420mm、1550mm等幾套軋機(jī)控制水平較

36、高、技術(shù)較先進(jìn)外，還有一大批技術(shù)落后，控制水平低的軋機(jī)，為了能夠生產(chǎn)出高精度的冷軋帶鋼，這些軋機(jī)迫切需要進(jìn)行技術(shù)改造[4．5]。</p><p>　　1.3課程設(shè)計內(nèi)容及要求</p><p>　　1.3.1設(shè)計題目及設(shè)計要求</p><p>　　φ150/500×400四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。</p><p>　　A) 生產(chǎn)工藝

37、和機(jī)械性能</p><p>　　四輥冷軋機(jī)是供冷軋紫銅及其合金成卷帶材之用。為提高生產(chǎn)效率，要求往返均要軋制，其軋機(jī)工藝參數(shù)如下：</p><p>　　工作輥的最大和最小直徑： 156/136毫米；</p><p>　　支持輥的最大和最小直徑： 500/470毫米；</p><p>　　輥身長：

38、 400毫米；</p><p>　　軋制時軋件對軋輥的最大壓力： 60噸；</p><p>　　壓下時軋件對軋輥的最大壓力： 120噸；</p><p>　　軋制速度： 0.5~10米/秒；</p><p>　　基速： 7米/秒；</p>&

39、lt;p>　　帶材寬度： <300毫米；</p><p>　　帶材坯料厚度： <1毫米；</p><p>　　帶卷內(nèi)徑（卷筒直徑）： 500毫米；</p><p>　　軋制成成品： 8道次以上；</p><p>　　

40、傳動比： i=1；</p><p>　　輥機(jī)原理圖如圖1- 1所示：</p><p>　　圖1— 1 輥機(jī)原理圖</p><p><b>　　B)設(shè)計要求：</b></p><p>　　穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量≤5%；空載啟動至額定轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)速超調(diào)量%≤10%；能實現(xiàn)快速制動。<

41、/p><p>　　C)直流電動機(jī)參數(shù)：</p><p>　　=120Kw，=230v，=780A，=1000r /min, =0.05Ω，電樞回路總電阻R=0.12Ω，電流過載倍數(shù)λ=2.25，=87.5。</p><p>　　1.3.2 設(shè)計內(nèi)容</p><p>　　1、根據(jù)工藝要求，論證、分析、設(shè)計主電路和控制電路方案，繪出該系統(tǒng)的原理圖（2

42、號圖紙）。</p><p>　　2、設(shè)計組成該電路的各單元，分析說明。</p><p>　　3、選擇主電路的主要設(shè)備，計算其參數(shù)（含整流變壓器的容量S，電抗器的電感量L，晶閘管的電流、電壓定額，快熔的容量等），并說明保護(hù)元件的作用（必須有電流和電壓保護(hù)）。</p><p>　　4、設(shè)計電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)（或張力環(huán)），確定ASR和ACR（或張力調(diào)節(jié)器ZL）的結(jié)構(gòu)，并計算其

43、參數(shù)。</p><p>　　5、結(jié)合實驗，論述該系統(tǒng)設(shè)計的正確性。</p><p>　　第二章 四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)分析</p><p>　　冷軋機(jī)是軋鋼行業(yè)中的核心設(shè)備，可逆扎鋼機(jī)主要用于各種薄鋼板（帶）的 冷壓扎制，通過一對壓輥，把各種厚度不同的鋼板（帶）壓制到所需的規(guī)格?？?逆，顧名思義即鋼板（帶）可以雙向通過壓輥，經(jīng)過多次的壓制，不用換卷一次使鋼板帶壓制成

44、型。與單向壓機(jī)相比，大大提高了工作效率，降低了勞動強(qiáng)度，提高了自動化程度。正因為如此，可逆壓機(jī)對控制系統(tǒng)也提出了比較高的技術(shù)要求。</p><p>　　2.1 直流調(diào)速系統(tǒng)基礎(chǔ)知識</p><p>　　在電流相同的條件下，不同的調(diào)速方法輸出的轉(zhuǎn)矩和輸出功率不盡相同，所以按充分利用電動機(jī)的觀點可將調(diào)速方法分為以下兩種：</p><p>　　(1)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。轉(zhuǎn)矩M和電

45、流I保持正比關(guān)系的調(diào)速方法為恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。</p><p>　　(2)恒功率調(diào)速。調(diào)速過程中，功率P與電流I保持正比關(guān)系的調(diào)速方法為恒功率調(diào)速。直流他勵電動機(jī)改變磁通調(diào)速，保持電流不變，則轉(zhuǎn)矩M與磁通成正比。而轉(zhuǎn)速n與磁通成反比。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速狀態(tài)保持不變，張力即不變，要向調(diào)節(jié)張力

46、只需要調(diào)節(jié)電樞電流。而恒功率調(diào)速狀態(tài)即弱磁調(diào)速。如應(yīng)用與磨切等設(shè)備時，當(dāng)出現(xiàn)卡機(jī)現(xiàn)象不會因為電流過大而損壞電機(jī)。</p><p>　　2.2 四輥冷軋機(jī)控制要求</p><p>　　可逆冷軋機(jī)的兩邊都有卷軸，一邊為收卷，另一邊為放卷，當(dāng)扎制方向改變時，轉(zhuǎn)換收放卷的運(yùn)行方向，收卷改成放卷，放卷改成收卷，因收放卷過程中卷徑會發(fā)生變化，所以收放卷一般都用力矩控制方式。其次根據(jù)扎制要求，為了使壓制

47、后的鋼板（帶）保持平直，收放卷都需要保持一定的張力，使鋼板在進(jìn)出扎輥時都保持平直。一般根據(jù)實際的張力大小，需要實時調(diào)整張力，使鋼板帶既保持一定的張力，又不致被拉斷。第三，為了調(diào)整鋼板（帶）的厚度 ，在開始階段，系統(tǒng)的工作速度通常會很慢，但這時候壓制力不會因為速度慢而減少，反而 會因為速度慢而增加靜態(tài)摩擦力，所以，低速時候所需要的力矩會比高速時更大 。這給傳動和控制提出了很高的要求，特別是傳動系統(tǒng)的低速力矩要足夠大， 保證低速時運(yùn)行的平穩(wěn)

48、，張力的穩(wěn)定。當(dāng)然控制系統(tǒng)還應(yīng)有鋼板（帶）厚度測量裝置以及調(diào)整厚度系統(tǒng)，直觀的顯示并能方便地調(diào)整進(jìn)出壓輥的鋼板厚度，如圖2— 1四輥冷軋機(jī)工作原理所示。</p><p>　　圖2— 1四輥冷軋機(jī)工作原理</p><p>　　可逆冷軋機(jī)的傳動大多數(shù)是傳統(tǒng)型直流傳動系統(tǒng)， 由直流傳動系統(tǒng)的特性可知，在額定轉(zhuǎn)速以下，直流系統(tǒng)是恒力矩輸出， 通過雙閉環(huán)控制， 可以很好的保證低速輸出力矩。但是，直流

49、電機(jī)的結(jié)構(gòu)，決定了直流電機(jī)的維護(hù)工作量比較大，檢修難度大。所以， 在最新的控制系統(tǒng)中，已開始逐步使用直流調(diào)速器[2]； 通過雙閉環(huán)直流調(diào)速器作一些輔助控制和運(yùn)算， 實現(xiàn)恒張力的工作要求。下面介紹四棍可逆軋機(jī)中應(yīng)用雙閉環(huán)直流調(diào)速器的最基本的控制方法。</p><p>　　2.3 四輥冷軋機(jī)張力控制基礎(chǔ)上的調(diào)速</p><p>　　目前的纏繞式機(jī)組控制恒張力方法基礎(chǔ)特性分為：直接張力控制，間接

50、張力控制，最大轉(zhuǎn)矩控制，復(fù)合張力控制，最大轉(zhuǎn)矩遞變張力控制。國內(nèi)四輥冷軋機(jī)一般均采用間接張力控制。</p><p>　　2.3.1 從工藝角度</p><p>　　一般軋機(jī)自動軋制模式分為以下2種模式：(1)GAP：輥縫恒定，此時前后張力設(shè)定恒定值，軋制力不斷變化，(2)LOAD：軋制力恒定，出口張力保持不變，入口張力不斷變化。</p><p>　　無論是哪種模式都

51、是建立在直流電機(jī)恒張力控制的基礎(chǔ)上進(jìn)行控制。接下來對電機(jī)恒張力控制進(jìn)行具體分析。</p><p>　　2.3.2 恒張力調(diào)速控制</p><p>　　我們知道，電動機(jī)輸出的力矩為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　其中：一帶材靜態(tài)張力矩，一動態(tài)加／減速力矩，一摩擦力矩等。最終控制結(jié)果是

52、使由所產(chǎn)生的張力保持恒定。</p><p><b>　　由 （2-3）</b></p><p>　　式中：一張力，一電動機(jī)的結(jié)構(gòu)常數(shù)，一卷徑，一電動機(jī)的磁通，韋伯, 一電樞電流。一機(jī)械傳動比。</p><p>　　可以看出要維持張力恒定有兩種方法：</p><p>　　第一種是電流電勢方式，其控制原則是在穩(wěn)速軋制時電

53、樞電流保持恒定，勵磁磁通與鋁卷直徑成正比(=常數(shù))，隨卷徑增大而增大，該控制方式在最大卷徑以下均處于弱磁狀態(tài)，這就帶來了電機(jī)力矩利用不充分，功率因數(shù)差等缺點，現(xiàn)在已很少采用。</p><p>　　第二種是最大力矩方式，該控制方式的指導(dǎo)思想是：電動機(jī)的勵磁磁通與鋁卷直徑變化無關(guān)，僅僅取決于電機(jī)轉(zhuǎn)速。在基速以下，電動機(jī)是滿磁狀態(tài)，電流與卷徑成正比，可以輸出最大力矩。在基速以上，電動機(jī)按弱磁升速，即電樞電流恒定，隨卷徑

54、增加加大勵磁電流。該控制方式電機(jī)在基速以下可以輸出最大力矩，基速以上又可以輸出最大功率使電機(jī)得到充分利用，完全滿足冷軋機(jī)低速大張力，高速小張力的工藝要求。因此采用最大力矩方式控制主電機(jī)。</p><p><b>　　2.4 主軋機(jī)</b></p><p>　　2.4.1 主扎機(jī)的工作狀態(tài)</p><p>　　軋制過程是靠旋轉(zhuǎn)的軋輥與鋼帶之間形成

55、的摩擦力將鋼帶拖進(jìn)輥縫之間，并使之受到壓縮產(chǎn)生塑性變形的過程[2]。入、出口卷取電機(jī)通過減速箱分別連接到卷取機(jī)膨脹芯軸上，鋼卷被芯軸脹緊，鋼帶經(jīng)過導(dǎo)向輥穿過軋機(jī)上下工作輥。當(dāng)軋制方向由左到右時，入口卷機(jī)電機(jī)速度給定相對于軋制方向速度相反，即電機(jī)轉(zhuǎn)矩方向同實際運(yùn)動方向相反，從而形成入口張力；出口卷取電機(jī)速度給定超前軋制方向速度，處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，形成出口張力。上部電機(jī)和下部電機(jī)輸出軸通過減速箱分別連接上、下支撐輥，支撐輥和工作輥之間通過軋制力

56、緊緊壓靠在一起，支撐輥的旋轉(zhuǎn)帶動工作輥的旋轉(zhuǎn)，通過調(diào)整上下部電機(jī)速度，來實現(xiàn)軋制過程中的穿帶、加速、穩(wěn)速軋制和減速等狀態(tài)。</p><p>　　2.4.2 主軋機(jī)調(diào)速控制原理</p><p>　　從操作流程分析機(jī)列調(diào)速原理：上料一穿帶一建立靜張力一爬行一加速一保持設(shè)定速度一減速一制動。不考慮卷徑變化，且張力設(shè)定不變的情況。要保持張力不變，需要保持電流不變。系統(tǒng)中電流反饋到電流調(diào)節(jié)器輸出到可

57、控硅觸發(fā)角，從而改變電壓U，從而得出新的電流，保持恒張力的過程就是電流調(diào)節(jié)器調(diào)整反饋與基準(zhǔn)電流一致的調(diào)解過程。</p><p>　　至此，我們考慮卷徑變化：扎機(jī)隨著軋制過程卷徑的逐漸變小，為了保證卷徑變化時張力恒定，這就要求主電機(jī)其他參數(shù)必須跟隨卷徑的變化而處于動態(tài)調(diào)整之中，現(xiàn)在分析板材張力與這些參數(shù)的關(guān)系：M=D／2由電機(jī)學(xué)可知，扎機(jī)處于制動狀態(tài)時產(chǎn)生的阻力矩M與張力T及卷徑D的關(guān)系為：M=T×D／2

58、。由電機(jī)學(xué)可知，扎機(jī)處于制動狀態(tài)時產(chǎn)生的阻力矩M與勵磁磁通及電機(jī)電樞電流有如下關(guān)系：式中為電機(jī)轉(zhuǎn)矩系數(shù)，為一常數(shù)。聯(lián)立以上兩式則有：</p><p><b>　　（2-4）</b></p><p>　　式中K=2為一常數(shù)。</p><p>　　在基速以下時，為一常數(shù)，則?？梢姳３蛛娏麟S卷徑成正比例變化，即可實現(xiàn)張力恒定。</p>

59、<p>　　以上分析為基速以下，當(dāng)可控硅調(diào)節(jié)到電機(jī)額定電壓時，由</p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　基速即電樞電壓到達(dá)額定電壓的速度，此時避免無限調(diào)整U造成反電勢E=U—IR過高、電橛電流過大而對電機(jī)的絕緣、線圈等系統(tǒng)造成危害。此時要繼續(xù)提高速度只能改變磁通中，進(jìn)行弱磁調(diào)速。以下分析基速以上的速度及恒張力的調(diào)節(jié)。速度調(diào)節(jié)為外

60、環(huán)，只需根據(jù)速度基準(zhǔn)形成閉環(huán)調(diào)節(jié)。</p><p>　　由于為定值即反電勢恒值的調(diào)節(jié)過程，此時電流調(diào)節(jié)器保持不變，但我們要考慮卷徑變化：</p><p>　　由電機(jī)學(xué)公式： （2-6）</p><p>　　即 （2-7）</p><p>　　同時已知 （2-8）</p><p><b

61、>　　所以 （2-9）</b></p><p>　　又知卷徑與板材線速度及開卷機(jī)角速度，有如下關(guān)系式：</p><p><b>　?。?-10）</b></p><p><b>　　將其帶入上式得：</b></p><p><b>　?。?-11）</b>&

62、lt;/p><p>　　式中為常數(shù)，所以在基速以上，只要保證主軋機(jī)電樞電流I與板材線速度成正比例變化，即可實現(xiàn)恒張力。無論是LODA模式還是GAP模式都是建立在此基礎(chǔ)(恒張力控制)上進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.5 主軋機(jī)雙閉環(huán)直流調(diào)速控制</p><p>　　機(jī)架的速度反饋即機(jī)列速度，以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計邏輯無環(huán)流控制器及電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)，

63、通過邏輯控制器實現(xiàn)可逆冷軋機(jī)的主傳動控制。如圖2— 2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　圖2— 2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　ASR——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ACR——電流調(diào)節(jié)器 TG——測速發(fā)電機(jī)</p><p>　　TA——電流互感器 UPE——電力電子變換器</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)

64、的起動過程有以下三個特點：</p><p>　?。?）飽和非線性控制：根據(jù)ASR的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不同的兩種狀態(tài)：當(dāng)ASR飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流調(diào)節(jié)的單閉環(huán)系統(tǒng)；當(dāng)ASR不飽和時，轉(zhuǎn)速環(huán)閉環(huán)，整個系統(tǒng)是一個無靜差調(diào)速系統(tǒng)，而電流內(nèi)環(huán)表現(xiàn)為電流隨動系統(tǒng)。</p><p>　　轉(zhuǎn)速超調(diào)：由于ASR采用了飽和非線性控制，起動過程結(jié)束進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段后，必須使轉(zhuǎn)速超調(diào)

65、， ASR 的輸入偏差電壓 △Un 為負(fù)值，才能使ASR退出飽和。這樣，采用PI調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速響應(yīng)必然有超調(diào)。</p><p>　　準(zhǔn)時間最優(yōu)控制：起動過程中的主要階段是第II階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。一般選擇為電動機(jī)允許的最大電流，以便充分發(fā)揮電動機(jī)的過載能力，使起動過程盡可能最快。這階段屬于有限制條件的最短時間控制。因此，整個起動過程可看作為是一個準(zhǔn)時間最優(yōu)控制。</p&g

66、t;<p>　　第三章 主電路和控制電路方案論證</p><p>　　3.1 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　本系統(tǒng)由機(jī)械部分和電氣部分組成，軋制系統(tǒng)為一臺四輥可逆冷軋機(jī)，其機(jī)械部分的配置簡圖如圖3— 1所示。</p><p>　　圖3— 1軋制系統(tǒng)機(jī)械配置簡圖</p><p>　　該軋機(jī)具有兩個小直徑工作輥和兩個直徑較大的支

67、承輥，采用直流電機(jī)驅(qū)動，軋件在兩工作輥間往復(fù)軋制。它集中了二輥和三輥勞特軋機(jī)的優(yōu)點，既降低了軋制壓力，又大大增強(qiáng)了軋機(jī)剛性，并且生產(chǎn)靈活，軋制的產(chǎn)品范圍廣，故適用于軋制各種尺寸規(guī)格的中厚板，尤其是軋制寬度較寬，精度和板形要求較嚴(yán)格的中厚板，更離不開它。</p><p>　　3.1.1 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo)</p><p>　　生產(chǎn)工藝對控制系統(tǒng)性能的要求經(jīng)量化和折算后可以表達(dá)為穩(wěn)態(tài)和動

68、態(tài)性能指標(biāo)。設(shè)計任務(wù)書中給出了本系統(tǒng)調(diào)速指標(biāo)的要求。深刻理解這些指標(biāo)的含義是必要的，也有助于我們構(gòu)想后面的設(shè)計思路。在以下四項中，前兩項屬于穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，后兩項屬于動態(tài)性能指標(biāo)</p><p>　　調(diào)速范圍D 生產(chǎn)機(jī)械要求電動機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，即</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　靜差

69、率s 當(dāng)系統(tǒng)在某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，負(fù)載由理想空載增加到額定值所對應(yīng)的轉(zhuǎn)速降落，與理想空載轉(zhuǎn)速之比，稱作靜差率，即</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度的。</p><p>　　跟隨性能指標(biāo) 在給定信號R（t）的作用下，系統(tǒng)輸出量C(t)的變化情況可用跟隨性能指標(biāo)來描述

70、。具體的跟隨性能指標(biāo)有下列各項：上升時間，超調(diào)量，調(diào)節(jié)時間.</p><p>　　抗擾性能指標(biāo) 此項指標(biāo)表明控制系統(tǒng)抵抗擾動的能力，它由以下兩項組成：動態(tài)降落，恢復(fù)時間.</p><p>　　3.1.2 調(diào)速系統(tǒng)的兩個基本矛盾</p><p>　　在理解了本設(shè)計需滿足的各項指標(biāo)之后，我們會發(fā)現(xiàn)在權(quán)衡這些基本指標(biāo)的兩個矛盾，即</p><p>

71、　　動態(tài)穩(wěn)定性與靜態(tài)準(zhǔn)確性對系統(tǒng)放大倍數(shù)的要求互相矛盾；</p><p>　　起動快速性與防止電流的沖擊對電機(jī)電流的要求互相矛盾[5]。</p><p>　　采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng),在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下,實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，解決了第一個矛盾。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速啟制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，則單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)

72、中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程中的電流和轉(zhuǎn)矩。無法解決第二個基本矛盾。</p><p>　　在電機(jī)最大電流受限的條件下，希望充分利用電機(jī)的允許過載能力，最好是在過渡過程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)速馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流Idcr值以后

73、，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想的控制電流的動態(tài)波形。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動時的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖3— 2a)所示。</p><p>　　a) b)</p><p>　　a) 帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的啟動過程 </p><p>　　b) 理想快速啟動過程</p

74、><p>　　當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長。對于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運(yùn)行的調(diào)速系統(tǒng)，盡量縮短起制動過程的時間是提高生產(chǎn)率的重要因素。為此，在電機(jī)最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下,希望充分地利用電機(jī)的過載能力,最好是在過渡過程中始終保持電流(轉(zhuǎn)矩)為允許的最大值,使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動,到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后,又讓電流立即降低下來,使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載平衡,從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行.這樣的理想起動

75、過程波形如圖3— 2b所示,起動電流呈方形波,而轉(zhuǎn)速是線性增長的。這是在最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下，調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動過程。</p><p>　　實際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖3— 2b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的實現(xiàn)。問題是希望在啟動過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后,希望只有轉(zhuǎn)速反饋,不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要作用,

76、而雙閉環(huán)系統(tǒng)就是在這樣的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。</p><p>　　3.2 調(diào)速系統(tǒng)組成</p><p>　　在V-M直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器一般均采用比例積分調(diào)節(jié)器，并且調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算方法較多采用以經(jīng)典控制理論為基礎(chǔ)的“電子最佳調(diào)節(jié)原理”和“頻率特性設(shè)計方法”。實踐表明：應(yīng)用這些工程設(shè)計方法來設(shè)計電流調(diào)節(jié)器參數(shù)，其實際電流特性與預(yù)期的比較接近。但是，由于這兩種設(shè)計方法從理論上來講

77、都只適用于零初始條件下對線性控制系統(tǒng)的設(shè)計，因此，對于含有非線性環(huán)節(jié)的V-M調(diào)速系統(tǒng)來說，由于存在飽和與退飽和過程引起的非零初始條件問題，因此，速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計參數(shù)與實際調(diào)試結(jié)果相差比較大，使系統(tǒng)對負(fù)載擾動引起的動態(tài)速降(升)缺乏有效的抑制能力，存在起動和制動過程中超調(diào)量大，突加(減)負(fù)載時，動態(tài)速降(升)大等缺點。</p><p>　　3.3主電路方案論證</p><p>　　系統(tǒng)的直流

78、電動機(jī)需要可逆運(yùn)行。即要求電動機(jī)能夠產(chǎn)生正向和反向轉(zhuǎn)矩。由電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式Te = Cm Id 可知：有兩種方法可改變轉(zhuǎn)矩方向，一是改變電動機(jī)勵磁 的方向（即勵磁可逆），二是改變電樞電流的方向（即電樞可逆）。 </p><p>　　3.3.1勵磁反接可逆電路</p><p>　　采用接觸器開關(guān)或晶閘管開關(guān)切換方式，也可采用兩組晶閘管反并聯(lián)供電方式來改變勵磁方向進(jìn)而使電動機(jī)改變轉(zhuǎn)向。晶閘管

79、反并聯(lián)勵磁反接可逆線路如圖3— 3所示。電動機(jī)電樞用一組晶閘管裝置供電，勵磁繞組由另外的兩組晶閘管裝置供電。</p><p>　　圖3— 3 晶閘管反并聯(lián)勵磁反接可逆線路</p><p>　　雖然采用勵磁反接方案，所需晶閘管裝置的容量小、投資少，可以實現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)，但是由于電動機(jī)勵磁繞組的電感大，勵磁反向的過程較慢，改變轉(zhuǎn)向時間長，這將很難滿足四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)快速性的要求。也就

80、很難使得生產(chǎn)出來的產(chǎn)品達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求。所以我們不能選擇勵磁反接這一控制方案。</p><p>　　3.3.2電樞反接可逆電路</p><p>　　電樞反接可逆線路的形式有多種，主要有以下3種方式：</p><p>　?。?）接觸器開關(guān)切換的可逆線路</p><p>　　圖3— 4 接觸器開關(guān)切換的可逆線路</p><p

81、>　　接觸器開關(guān)切換的可逆線路如圖3— 4 接觸器開關(guān)切換的可逆線路所示。KMF閉合，直流電動機(jī)正轉(zhuǎn)；KMR閉合，直流電動機(jī)反轉(zhuǎn)。系統(tǒng)僅需四個接觸器，簡單、經(jīng)濟(jì)。但系統(tǒng)是有觸點切換，開關(guān)壽命短；需自由停車后才能反向，時間長；而且系統(tǒng)的容量較小。不能夠滿足本系統(tǒng)快速起停、正反轉(zhuǎn)、大容量的要求，所以該方案不適用于本系統(tǒng)。</p><p>　　（2）晶閘管開關(guān)切換的可逆線路</p><p>

82、;　　圖3— 5晶閘管開關(guān)切換的可逆線路</p><p>　　晶閘管開關(guān)切換的可逆線路如圖3— 5晶閘管開關(guān)切換的可逆線路所示。VT1、VT4導(dǎo)通，電動機(jī)正轉(zhuǎn)； VT2、VT3導(dǎo)通，電動機(jī)反轉(zhuǎn)。該方案只能適用于中、小功率的系統(tǒng)，限制了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。</p><p>　?。?）兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路。</p><p>　　圖3— 6兩組晶閘管反并聯(lián)裝置<

83、/p><p>　　兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路。其線路圖如圖3— 6兩組晶閘管反并聯(lián)裝置所示。電動機(jī)正轉(zhuǎn)時，由正組晶閘管裝置VF供電；反轉(zhuǎn)時，由反組晶閘管裝置VR供電。兩組晶閘管分別由兩套觸發(fā)裝置控制，都能靈活地控制電動機(jī)的起、制動和升、降速。但是，不允許讓兩組晶閘管同時處于整流狀態(tài)，否則將造成電源短路，因此對控制電路提出了嚴(yán)格的要求。它在快速性和容量上都可滿足系統(tǒng)的生產(chǎn)工藝要求，可適用于各種可逆系統(tǒng)。所以系統(tǒng)主電路

84、最終設(shè)計成兩組晶閘管裝置反并聯(lián)可逆線路。</p><p>　　結(jié)論：主電路采用正、反兩組晶閘管全控橋式整流裝置(和)反并聯(lián)線路，為平波電抗器，以減小紋波和電流連續(xù)。為()聯(lián)結(jié)的三相整流變壓器(可抑制三次階波對電網(wǎng)的影響)。</p><p>　　3.4 控制電路方案論證</p><p>　　我們要確定可逆直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路的方案，就要先確定其控制電路為單閉環(huán)還是多閉

85、環(huán)。其次再確定控制電路的控制方法。</p><p>　　3.4.1帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　圖3— 7帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　如圖3— 7帶電流截止負(fù)反饋的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)所示，采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋加電流截止負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。但是，如果

86、對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足需要。因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只能在超過臨界電流值Idcr以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。由圖3— 8 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形可知：起動電流達(dá)到最大值Idm后，受電流負(fù)反饋的作用降低下來，電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之減小，

87、加速過程延長。不能滿足快速性的要求，所以這種方案不可取。</p><p>　　圖3— 8 直流調(diào)速系統(tǒng)起動過程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　由可知：理想的快速起動過程，起動電流呈方形波，轉(zhuǎn)速按線性增長。這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限制時調(diào)速系統(tǒng)所能獲得的最快的起動過程。為了在起動過程中能夠得到這個最大的恒定電流，得設(shè)計一個電流負(fù)反饋。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)

88、置兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。二者之間實行串級控制。所以系統(tǒng)控制電路的結(jié)構(gòu)為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)。</p><p>　　3.4.2轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>　　通過以上分析，系統(tǒng)已基本上確定為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的晶閘管-電動機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。如第二章的軋機(jī)調(diào)速系統(tǒng)分析所述。具體圖形見圖2— 2 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p>&

89、lt;p>　　然而采用兩組晶閘管反并聯(lián)的可逆V-M系統(tǒng)，如果兩組裝置的整流電壓同時出現(xiàn)，便會產(chǎn)生不流過負(fù)載而直接在兩組晶閘管之間流通的短路電流，稱作環(huán)流，如下圖中所示（Ic 為環(huán)流、Id 為負(fù)載電流）。</p><p><b>　　圖3— 9 環(huán)流</b></p><p>　　這樣的環(huán)流對負(fù)載無益，徒然加重晶閘管和變壓器的負(fù)擔(dān)，消耗功率，環(huán)流太大時會導(dǎo)致晶閘管損

90、壞，因此應(yīng)該予以抑制或消除。這對控制方法提出了更高的要求。這里我主要論證兩套在實際工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用的控制方案： = 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)和無環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng)。</p><p>　　3.4.3 = 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)</p><p>　　采用 = 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)原理框圖如圖3— 10 = 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)所示，圖

91、中主電路是三相橋式晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆線路，控制電路為典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)。ASR和ACR都設(shè)置了雙向輸出限幅值，以限制最大起制動電流和最小控制角min 和最小逆變角 min 。</p><p>　　圖3— 10 = 配合控制的有環(huán)流可逆V-M系統(tǒng) </p><p>　　= 配合控制已經(jīng)消除了直流平均環(huán)流，但由于上下兩橋整流與逆變的瞬時電壓不一樣，所以主電路還存在脈動的環(huán)

92、流。這一環(huán)流對系統(tǒng)及有好處也有壞處。它使電動機(jī)的正轉(zhuǎn)制動和反轉(zhuǎn)起動的過程完全銜接起來，沒有間斷或死區(qū)，這是有環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點，適用于要求快速正反轉(zhuǎn)的系統(tǒng)；但需要向系統(tǒng)添加環(huán)流電抗器，而且晶閘管等器件都要負(fù)擔(dān)負(fù)載電流和環(huán)流。對于大容量的系統(tǒng)來說，這些缺點就會比較明顯。而四輥冷軋機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的容量比較大，所以將 = 配合控制的這種控制方法應(yīng)用于本系統(tǒng)不太合適。我們的選擇其它的控制方法。</p><p>　　

93、3.4.4 無環(huán)流控制的可逆V-M系統(tǒng)</p><p>　　通過上一小節(jié)的分析可知：有環(huán)流可逆系統(tǒng)雖然具有反向快、過渡平滑等優(yōu)點，但設(shè)置幾個環(huán)流電抗器終究是個累贅。因此，當(dāng)工藝過程對系統(tǒng)正反轉(zhuǎn)的平滑過渡特性要求不很高時，特別是對于大容量的系統(tǒng)，常采用既沒有直流平均環(huán)流又沒有瞬時脈動環(huán)流的無環(huán)流控制可逆系統(tǒng)。按照實現(xiàn)無環(huán)流控制原理的不同，無環(huán)流控制的可逆系統(tǒng)又分為兩大類：錯位控制無環(huán)流系統(tǒng)和邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。&l

94、t;/p><p>　　在錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)中，同樣采用配合控制的觸發(fā)移相方法，但兩組脈沖的關(guān)系是r + f = 300°，甚至是r + f = 360°，也就是說，初始相位整定在r = f = 150°或180°。這樣，當(dāng)待逆變組的觸發(fā)脈沖來到時，它的晶閘管已經(jīng)完全處于反向阻斷狀態(tài)，不可能導(dǎo)通，當(dāng)然就不會產(chǎn)生瞬時脈動環(huán)流了。鑒于目前錯位控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)實際應(yīng)用已經(jīng)較

95、少，本系統(tǒng)不予以考慮。我們主要來探討邏輯控制無環(huán)流系統(tǒng)。</p><p>　　邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)工作原理：當(dāng)一組晶閘管工作時，用邏輯電路（硬件）或邏輯算法（軟件）去封鎖另一組晶閘管的觸發(fā)脈沖，使它完全處于阻斷狀態(tài)，以確保兩組晶閘管不同時工作，從根本上切斷了環(huán)流的通路，這就是邏輯控制的無環(huán)流可逆系統(tǒng)。邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖3— 11 邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖所示。</p&g

96、t;<p>　　圖3— 11 邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點： 由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器；仍保留平波電抗器 Ld ，以保證穩(wěn)定運(yùn)行時電流波形連續(xù)；控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)方案；電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器，1ACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR；1ACR的給定信號經(jīng)反號器AR作為2ACR的給定信號，因此電流反饋信號的極性不需

97、要變化，可以采用不反映極性的電流檢測方法。為了保證不出現(xiàn)環(huán)流，設(shè)置了無環(huán)邏輯控制環(huán)節(jié)DLC，這是系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)，指揮系統(tǒng)進(jìn)行正、反組的自動切換，其輸出信號 Ublf 用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放，Ublr 用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。</p><p>　　在邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)中，采用了兩個電流調(diào)節(jié)器和兩套觸發(fā)裝置分別控制正、反組晶閘管。實際上任何時刻都只有一組晶閘管在工

98、作，另一組由于脈沖被封鎖而處于阻斷狀態(tài)，這時它的電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置都是等待狀態(tài)。采用模擬控制時，可以利用電子模擬開關(guān)選擇一套電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置工作，另一套裝置就可以節(jié)省下來了。這樣的系統(tǒng)稱作輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)，其原理圖如圖3— 12 邏輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)的原理框圖所示。圖中：SAF，SAR分別是正、反組電子模擬開關(guān)。系統(tǒng)節(jié)省了一套電流調(diào)節(jié)器和觸發(fā)裝置。而且實際系統(tǒng)都是邏輯選觸系統(tǒng)，所以系統(tǒng)的控制方法選為邏輯選觸無環(huán)流控制。<

99、;/p><p>　　圖3— 12 邏輯選觸無環(huán)流可逆系統(tǒng)的原理框圖</p><p>　　本章主要講述系統(tǒng)方案的論證。我們先確定系統(tǒng)為調(diào)壓調(diào)速，然后經(jīng)論證系統(tǒng)主電路確定為兩組晶閘管裝置反并聯(lián)的可逆電路，最后我們論證控制電路的方案。在控制電路的方案論證中，我們先確定系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)，然后根據(jù)自己所學(xué)知識和工程實際應(yīng)用確定控制電路的控制方法為邏輯選觸無環(huán)流控制。通過以上的分析和論證，

100、系統(tǒng)的方案確定為邏輯選觸無環(huán)流可逆V-M系統(tǒng)。原理框圖如圖3— 12所示。</p><p>　　結(jié)論：控制線路采用典型的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，只是電流環(huán)分設(shè)兩個電流調(diào)節(jié)器，IACR用來控制正組觸發(fā)裝置GTF，2ACR控制反組觸發(fā)裝置GTR．1ACR的給定信號Ui*經(jīng)反號器作為2ACR的給定信號，這樣可是電流反饋信號Ui的極性在正反轉(zhuǎn)時都不必改變，從而可采用不反應(yīng)極性的電流檢測器。</p><p

101、>　　3.4.5檢測電路和反饋電路</p><p>　　檢測電路和反饋電路：TG為永磁式直流測速發(fā)電機(jī)，它將轉(zhuǎn)速檢測信號Ufn反饋到速度調(diào)節(jié)器ASR的輸入端。TA為三相電流互感器，U為三相整流橋，它將與電樞電流Id成正比的電流檢測信號Ufi分送到電流調(diào)節(jié)器1ACR、2ACR和邏輯控制器DLC的輸入端。</p><p>　　DLC按照系統(tǒng)的工作狀態(tài)指揮系統(tǒng)進(jìn)行自動切換，或允許正組觸發(fā)器

102、輸出觸發(fā)脈沖而封鎖反組，或允許反組觸發(fā)器輸出觸發(fā)脈沖而封鎖正組。在任何情況下，決不允許兩組觸發(fā)器同時開放，確保主電路沒有產(chǎn)生環(huán)流的可能。</p><p>　　第四章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的各功能模塊設(shè)計</p><p>　　4.1雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)概述</p><p>　　4.1.1 主電路及化簡</p><p>　　主電路的穩(wěn)定安全運(yùn)行直接影響整

103、個系統(tǒng)的性能，為了保證可逆冷軋機(jī)的卷取機(jī)系統(tǒng)具有穩(wěn)定的正反運(yùn)行特性，則需要設(shè)計可逆的調(diào)速系統(tǒng)，采用六個晶閘管構(gòu)成三相橋式整流電路的反并聯(lián)裝置可以解決電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)運(yùn)行和回饋制動的問題。其實現(xiàn)方式如圖4— 1所示。</p><p>　　圖4— 1 主電路的原理圖及化簡</p><p>　　a)三相橋式整流電路的主電路</p><p><b>　　b)等效電路

104、</b></p><p>　　c)化簡后的等效電路</p><p>　　其中： </p><p>　　Rb—變壓器兩相繞阻的等效內(nèi)阻 </p><p>　　Ra—變壓器兩相繞阻漏抗引起換向壓降所對應(yīng)的電阻 </p><p>　　Rn—兩個可控硅原件的正相等效電阻 </p>&l

105、t;p>　　Rp—平波電抗器等效電阻 </p><p>　　Rd—電動機(jī)電樞等效內(nèi)阻 </p><p>　　Lb—變壓器兩相繞阻的漏感 </p><p>　　Lp—平波電抗器電感 </p><p>　　Ld—電動機(jī)電樞繞阻電感 </p><p>　　Ud0=2.34U2COSα—理想空載整流電壓 </p&g

106、t;<p>　　E=Ce*n—直流電動機(jī)電勢 </p><p>　　RN=Rb+Ra+Rn—整流裝置內(nèi)阻 </p><p>　　RS =Rp+Rd—電動機(jī)電樞電阻 </p><p>　　R=RN+RS—主電路總電阻 </p><p>　　L=Lb+Lp+Ld—主電路總電感</p><p>　　對于系

107、統(tǒng)的供電，可將無窮大電網(wǎng)電壓經(jīng)三相變壓器變?yōu)?20V，再通過一系列熔斷器等保護(hù)措施，輸入給橋式整流電路，進(jìn)而給直流電機(jī)和其他裝置供電。變壓器繞組采用 △/Y接法 ，具體方法見主電路變壓器的參數(shù)計算。主電路的保護(hù)措施尤為重要，設(shè)計多重保護(hù)電路成為必要。</p><p>　　在起動開關(guān)電路里面設(shè)置自鎖回路和，在控制電路中發(fā)現(xiàn)電流過大，這可使主電路常閉開關(guān)KM跳開而保護(hù)整個系統(tǒng)，當(dāng)KM跳開失敗后，由于電流過大

108、，一段時間后快速熔斷器受熱而熔化使電路跳開，從而避免燒壞電機(jī)等設(shè)備。上框圖中起動開關(guān)KM部分電路圖如圖4— 2 所示。 </p><p>　　圖4— 2 起動開關(guān)電路圖</p><p>　　4.1.2額定勵磁下的直流電動機(jī)的數(shù)學(xué)描述</p><p>　　由圖4— 1中的c)可列出微分方程如下：</p><p>　　(主電路,假定電

109、流連續(xù))</p><p>　　(額定勵磁下的感應(yīng)電動勢)</p><p>　　(牛頓動力學(xué)定律,忽略粘性摩擦)</p><p>　　(額定勵磁下的電磁轉(zhuǎn)矩)</p><p>　　式中 TL—包括電機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，單位為Nm；</p><p>　　GD2—電力拖動系統(tǒng)運(yùn)動部分折算到電機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩，單位為Nm

110、2；</p><p>　　Cm=30Ce/Л—電動機(jī)額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比，單位為Nm/A；</p><p><b>　　定義下列時間常數(shù)：</b></p><p>　　TL=L/R—電樞回路電磁時間常數(shù)，單位為s； </p><p>　　Tm=(GD2R)/(375CeCm)—電力拖動系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)，單位

111、為s。</p><p><b>　　整理后得</b></p><p>　　式中 IdL=TL/Cm—負(fù)載額定電流.</p><p>　　在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉式變換，得電壓與電流間的傳遞函數(shù)</p><p>　　電流與電動勢間的傳遞函數(shù)為</p><p>　　由以上傳遞函數(shù)，可以得到額定勵