《电气传动与控制》课程设计指导书.doc

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1、电气传动与控制课程设计任务书课题：连轧机分部传动直流调速系统的设计一、 连轧机原理冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，而连轧则是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法。其主要特点是被轧金属同时处于若干机架之中，并沿着同一方向进行轧制最终形成一定的断面形状。其轧制原理和过程如图1所示。Sn，vnS3，v3S1，v1 S2，v2 图1 连轧机的扎制原理和过程连续轧制的基本过程是物质流量的不变性， 即S1v1=S2v2=Snvn=常数， 这里S1Sn和v1vn分别为被轧金属的横断面积和线速度。 而连轧机的电气传动则在保证物质流量恒定的前提下承受咬刚和轧制时的冲击性负载， 不同机

2、架采用不同电动机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度则按物质流量恒定原理用速度链实现协调控制。物质流量不变的要求应在稳态和过渡过程中都得到满足，因此，必须对过渡过程时间和超调量都提出相应的限制。连轧机的完整控制包括许多方面，本课题只考虑轧辊拖动的基本控制即调速问题，并以十机架轧机为例，至于张力卷取问题等不涉及。二 原始条件考虑到课程设计的时间有限，本课题直接给出各部分电动机的额定参数作为设计条件，并做出若干假设，不再提及诸如轧制力，轧制转矩，轧辊直径等概念和参数，以便简化设计计算。电动机参数以十个机架为准，每个机架对应一台电动机，由此形成十个部分，各部分电动机参数集中列于表中，其中P/kW为额定

3、功率Un/V为额定电压In/A为额定电流n/(r/min)为额定转速Ra/ 为电机内阻，GDa2 / N.m2为电动机飞轮力矩P为极对数I/A为额定励磁电流。表1 各分部电动机额定参数机架型号电动机型号Pa/kWUn/VIn/An/(r/min)Ra/I/AGDa2/(N.m2)P/对1Z2-926723029114500.24.9868.6012Z1-914823020914500.33.7758.0213Z1-823523015214500.42.6731.3614Z1-812623011314500.52.76527.4415Z2-721923082.5514500.73.0511.76

4、16Z1-71142306114500.82.179.817Z1-621123047.814500.90.9566.3918Z1-618.52303714501.01.145.4919Z1-52623026.114501.11.113.92110Z1-514.223018.2514501.21.0453.431若干假设电枢回路总电阻为R=2Ra,亦可按经验公式估算Ra=（)。折合到电动机轴上的总飞轮力矩取为=2.5。三技术指标 稳态指标：无静差。 动态指标：电流超调量i %5%；启动到额定转速时的转速超调量n %5%(按退饱和方式计算)。四设计要求 要求以转速电流双闭环形式作为系统的控制方案。

5、 要求主电路采用三相全控桥整流形式。 要求系统具有过流，过压，过载和缺相能力。 要求触发脉冲有故障封锁能力。 要求写设计报告，将设计过程详细说明，设计报告包括：对课题涉及的理论基础与实际意义总结，写出文献综述；总体结构图，电路图；主电路设计计算；控制电路设计（双环设计过程）；控制结果的仿真。五设计安排由于整个系统多达十个部分，建议将每班同学分为两组，并给每组同学下达一个部分拖动系统的设计任务，以便能让学生在计划时间内按时完成。附录：课程设计相关参考资料1. 整流变压器的计算与选择在一般情况下，晶闸管装置所要求的交流供电电压与电网电压往往不一致；此外，为了尽量减小电网与晶闸管装置间的相互干扰，要

6、求它们相互隔离，故通常均要配用整流变压器。 整流变压器的电压 整流变压器的一次侧直接与电网相连，当一次侧绕组Y接时，一次侧相电压U1等于电网相电压；当一次绕组接时，一次侧相电压U1等于电网线电压。整流变压器的二次侧相电压U2与整流电路形式、电动机额定电压Un、晶闸管装置压降、最小控制角min 及电网电压波动系数 有关，可按下式近似计算 U2 = （1）式中K为安全系数，一般取为1.051.10左右。整流变压器的电流 整流变压器的二次侧相电流I2和一次侧相电流I1与整流电路的形式、负载性质和电动机额定电流In有关，可分别计算如下 I2 = K2 In （2）I1 = （3）整流变压器的容量 整流

7、变压器的二次侧容量S2 、一次侧容量S1 和平均计算容量S可分别计算如下 S2 = m2U2I2 （4）S1 = m1U1I1 （5）S = （6）其中m1 、 m2分别为一次侧与二次侧绕组的相数。2整流元件的计算与选择正确选择晶闸管和整流管，能够使晶闸管装置在保证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U和额定电流（通态平均电流）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同。整流元件的额定电压U 整流元件的额定电压U与元件实际承受的最大峰值电压有关，即 U=（23

8、）Um （7）式中（23）为安全系数，要求可靠性高时取较大值。Um =整流元件的额定电流IT 整流元件的额定电流IT最大负载电流I有关，即 IT=（1.52.0）KI （8）式中K为计算参数，（1.52.0）为安全系数。3电抗器的计算与选择 为了提高晶闸管装置对负载供电的性能及运行的安全可靠性，通常需在直流侧串联带有空气隙的铁心电抗器，其主要参数为额定电流In和电感量L 用于限制输出电流脉动的临界电感Lm/ Lm= （9）式中 S为电流脉动系数，取5%20%； Su为电压脉动系数； f为输出脉动电流的基波频率，单位为HZ.Su与f与电路形式有关。用于保证输出电流连续的临界电感L1/ L1= （

9、10）式中 I要求的最小负载电流平均值，A; K1为计算系数。直流电动机的漏电感La/ La= （11）式中 KD为计算系数，对于一般无补偿绕组电动机，KD=812；对于快速无补偿绕组电动机，KD=56。其余参数均为电机额定值。折合到整流变压器二次侧的每相漏电感LB/LB= （12） 式中U%为变压器的短路比，一般取为5%； KB为计算系数。 实际应串入的平波电抗器L/ L=max(Lm,L1)-La-2LB （13）式中max表示取其中的最大值。电枢回路总电感L= L+ La+2 LB4.电阻的计算电动机电枢电阻 Ra整流变压器折合到二次侧的每相电阻RB RB= （14） 式中为变压器的最大

10、效率，一般取为95%。整流变压器漏抗引起的换向重叠压降所对应的电阻R 对三相零式电路 R=3XB/2 （15） 对三相桥式电路 R=3XB/ （16）式中XB=2L。电枢回路总电阻R= Ra+ RK+ Rhx+2RB （17）式中, RK为平波电抗器的电阻，可从电抗器产品手册中查得或实测。5时间常数的计算电磁时间常数 T1=L/ R （18）机电时间常数 Tm= （19）6. 保护元件的计算与选择交流侧阻容过压保护 交流侧过压保护电容（单位为）的计算公式是 C （20）式中 S整流变压器的平均计算容量，VA;i0%变压器励磁电流百分数，对于10560kVA的三相变压一般取i0%=410。电容C

11、(单位为)的交流耐压应大于或等于1.5Uc，U是阻容两端正常工作时的交流电压有效值。 交流侧过压保护电阻的计算公式是 R （21）式中,u%为变压器的短路比，对于101000kVA的变压器，对应u%=510。 电阻功率P可在下式范围内选取 （23）（2f）2K1(CR)CUPR(12)（2f）2K1(CR)+ K2CU （22） 式中： R和C为上述阻容计算值； f和U电源频率（HZ）和变压器二次侧相电压（V）; （23）和(12) 安全系数； K1 计算系数，对于单相K1=1；对于三相K1=3； K2 计算系数，对于单相K2=200；对于三相半波：阻容接法K2=450；阻容Y接法K2=150

12、; 对于三相桥式：阻容接法K2=900；阻容Y接法K2=300。 当CR0.2ms时，所选PR值接近于上式之右方； 当CR5 ms时，所选PR值接近于上式之左方；不同接法下阻容的实际取值：交流侧压敏电阻过压保护 单相电路用一只压敏电阻；三相电路用三只压敏电阻，可接成Y形或形。 压敏电阻的额定电阻 U1mA U1mA （23）式中 Um压敏电阻承受的额定电压峰值，V; 电网电压升高系数，取为1.051.10；0.80.9安全系数。 压敏电阻的通流容量I I(2050) I2 （24） 压敏电阻的残压（即限压值）U UKU1mA （25）式中, K为残压比。当I100A时，K=1.82；当I3kA

13、时，K3。压敏电阻的残压U必须小于整流元件的耐压值。直流侧阻容和压敏电阻过压保护 可参照交流侧的计算方法进行计算。晶闸管元件过压保护限制关断过电压的阻容RC的经验公式 C=(24) IT10 （26） R=1030 （27） P= （28）式中C的单位为F；R的单位为; P的单位为W. 阻容RC的经验根据晶闸管装置的过流保护 直流侧快速熔断器熔体额定电流 I1.5I （29） 交流侧快速熔断器 熔体额定电流 I1.5I （30） 晶闸管元件串联快速熔断器熔体额定电流 I I 1.57I （31） 总电流快速熔断器熔体额定电流 I1.5I （32）所有快速熔断器的额定电流均需大于其熔体额定电流；快速熔断器的额定电压均应大于线路正常工作电压的有效值。直流侧过流继电器 动作电流小于或等于1.2I交流侧过流继电器 动作电流小于或等于（1.11.2）I。交直流侧的过流继电器额定电流均应大于或等于其动作电流，额定电压正常工作电压。控制元件的计算与选择总电源自动开关 动作电流小于或等于1.2I。交流接触器 变压器一次侧用：额定电流小于或等于1.2I。 变压器二次侧用：额定电流小于或等于1.2I。9