十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计

十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计

摘 要

本文实现了转速电流双闭环直流调速系统的设计，实验结果可以准确直观的观察转速-电流双闭环调速系统的启动过程，可方便的设计各种不同的调节器参数及控制策略并分析其多系统性能的影响，取得了很好的效果。但怎样处理好转速控制和电流控制之间的关系呢？经过反复研究和实践，终于发现，如果在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，两者之间实行串联连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器的输出作为晶闸管触发装置的控制电压，那么这两种调节作用就能互相配合，相辅相成了。

本文利用MATLAB软件中的simulink组件对直流双闭环调速系统进行仿真，结果表明，应用MATLAB进行系统仿真具有方便，高效及可靠性高等优点。

关键词 双闭环直流调速系统；晶闸管；直流电动机；MATLAB

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绪论

许多生产机械要求在一定的范围内进行速度的平滑调节，并且要求具有良好的稳态、动态性能。而直流调速系统调速范围广、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能，在高性能的拖动技术领域中，相当长时期内几乎都采用直流电力拖动系统。双闭环直流调速系统是直流调速控制系统中发展得最为成熟，应用非常广泛的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强等优点。我们知道反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的单闭环的调速系统可以再保证系统稳定的条件下实现转速无静差。但如果对系统的动态性能要求较高，例如要求起制动、突加负载动态速降小等等，单闭环系统就难以满足要求。这主要是因为在单闭环系统中不能完全按照需要来控制动态过程的电流或转矩。在单闭环系统中，只有电流截止至负反馈环节是专门用来控制电流的。但它只是在超过临界电流值以后，强烈的负反馈作用限制电流的冲击，并不能很理想的控制电流的动态波形。在实际工作中，我们希望在电机最大电流限制的条件下，充分利用电机的允许过载能力，最好是在过度过程中始终保持电流（转矩）为允许最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳定转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。这时，启动电流成方波形，而转速是线性增长的。这是在最大电流转矩的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程。

随着社会化大生产的不断发展，电力传动装置在现代化工业生产中的得到广泛应用，对其生产工艺、产品质量的要求不断提高，这就需要越来越多的生产机械能够实现制动调速，因此我们就要对这样的自动调速系统作一些深入的了解和研究。本次设计的课题是双闭环晶闸管不可逆直流调速系统，包括主电路和控制回路。主电路由晶闸管构成，控制回路主要由检测电路，驱动电路构成，检测电路又包括转速检测和电流检测等部分。

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1 设计的目的和要求

1.1 设计的题目及给定的相关资料

在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。其主要特点是被扎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。每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度实现协调控制。

本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分，各部分电动机参数如下表。

本课题的十机架连轧机的每个机架对应一套直流调速系统，由此形成10个部分，各部分电动机参数如下表。

表1 十机架连轧机各部分电动机参数

序号

电动机型号

P极对数

PN(KUN(V) IN(A)

W) 67 48 35 26 19 14 11 8.5 6 4.2

230 230 230 230 230 230 230 230 230 230

291 209 152 113 82.55 61 47.8 37 26.1 18.25

nN(r/m

in) 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450

Ra(Ω)

GDa2(

2N?m)

0.2 0.3 0.4 0.5 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2

68.60 58.02 31.36 27.44 11.76 9.8 6.39 5.49 3.92 3.43

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Z2-92 Z2-91 Z2-82 Z2-81 Z2-72 Z2-71 Z2-62 Z2-61 Z2-52 Z2-51

1.2 课程设计的目的

1、通过课程设计，进一步巩固、深化和扩充在直流调速及相关课程方面的基础知识、基本理论和基本技能，达到培养学生独立思考、分析和解决实际问题的能力。

2、通过课程设计，独立完成一项直流调速系统课题的基本设计工作，达到培养

3

学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料能力的目的。

3、通过课程设计，使熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养我们工程绘图和编写设计说明的目的，为我们今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

1.3 设计的要求

⑴电枢回路总电阻取R?2Ra；总飞轮力矩GD2?2.5GDa。

⑵其它参数可参考教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。 ⑶要求：调速范围D=10,静差率s?5%；稳态无静差，电流超调量?i?5%，空载起动到额定转速时?n?10%。

⑷要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。 ⑸要求触发脉冲有故障封锁能力。 ⑹要求对拖动系统设置给定积分器。

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