850mm六辊可逆冷轧机开卷机直流调速系统课程设计

摘要

此次课程设计题目《850mm六辊可逆冷轧机开卷机直流调速系统》，核心落在转速、电流双闭环逻辑无环流调速系统的设计，是基于本学期所学课程《电力拖动自动控制系统—运动控制系统》的一次学以致用的深入拓展。

本文针对直流调速系统进行调速设计。尽管近年来，电力电子变换器中以晶闸管为主的可控器件已经逐步被功率开关器件所替代；伴随着变换技术由相位控制转向脉宽调制（PWM）；交流可调拖动系统正逐步取代直流拖动系统，但是直流拖动本身具有理论和实践都很成熟的优势，我国早期的许多生产设备均采用直流拖动系统短时间内不会淘汰，而且直流电机原理相对简单易懂，因而对于初学者而言，直流调速还是很有实际意义的。

从生产机械要求的控制物理量来看，电力拖动自动控制系统分为调速系统、位随系统、张力控制系统、多电机同步控制系统等多种类型；按照调速方式大致可分为开环调速和闭环调速两大类，开环系统结构简单、易于实现、维护简单，但是其静特性与动态特性往往不满足生产和控制要求，而闭环系统尤其是双闭环调速系统具有良好的静特性和动态特性，采用PI调节器时可实现转速无静差以及电流无静差。

本次设计包括各元器件的参数配合与选择、调速方案的设计、整体电路图的绘制等，同时考虑到调速系统实际运用于六卷可逆冷轧机开卷机，各参数与方案都按照实际工程需要设计。

关键字：转速环、电流环、双闭环调速、逻辑无环流、DLC、开卷机、六辊、晶闸管

绪论

薄板、带钢的生产技术是钢铁工业发展水平的一个重要标志。冷轧钢板的生产主要是采用3~6机架的多辊冷轧机，特点是生产率高，机械化、自动化程度高，产品质量好。连轧机仅适用于产量大，品种规格单一的钢种冷轧生产，而对于生产量较小、质量要求较高、品种规格复杂的高合金钢和合金冷轧带材，采用连轧机并不恰当，而大多采用多辊可逆轧机。

带钢冷轧机生产线上除了五机架连轧机主体设备外，还包括头部的上料设备、开卷机以及尾部卷取机，有的在轧制头部还有矫直机、焊接机以及活套等设备。这些设备要要步调一致，密切配合，以保证连轧机位置控制、厚度控制、张力控制、速度控制以及板形控制的顺利进行。五机架冷连轧机的出现必须有自动控制和以计算机技术为基础。

冷轧机最初是在二辊、四辊基础建立起来的，科学技术和工业的发展需要极薄带材，原有低辊数轧机已经不能满足要求，因为轧辊本身的弹性压扁值往往比所需轧制带材厚度还要大，而轧辊的弹性压扁是与辊径成正比的。当轧辊材质一定时，要降低轧辊弹性压扁就必须减小辊径，而辊径的减小又会出现刚性不够的矛盾。为此，多辊轧机出现以提供良好刚性的塔形支撑辊系。多辊轧机发展很快，根据加工工艺要求，有八辊、十二辊、二十辊等。

开卷机作为连轧设备的首端，需要可逆工作，既需要转速控制又需要张力控制。当开卷机工作于换卷引带或断带时，系统外环即速度环调机器投入工作，这是一个速度调节系统；当带材咬入后，产生张力，使ASR的反馈小于给定值，处于饱和状态，其限幅值就是张力给定值，系统作为一个恒功率调剂系统而工作，维持张力恒定。本设计采用转速、电流双闭环逻辑无环流调速。

目录

第一章设计参数和要求

第二章各功能模块器件选择

开卷电机的选择 (5)

整流方案的选择 (5)

晶闸管的选择 (6)

交流进线电抗器的选择 (6)

变压器容量的选择 (7)

晶闸管的保护 (7)

开卷电机的过电流保护，串联熔断器 (9)

晶闸管冷却风机的选择 (9)

励磁回路 (10)

交流电流互感器TA (12)

测速发电机 (12)

给定电路 (13)

低压直流源设计（±24V） (13)

空气开关的选择 (13)

第三章双闭环调速系统的设计

典型转速、电流双闭环调速系统结构 (14)

典型转速、直流双闭环调速系统的设计 (14)

ACR(电流环调节器)的设计 (14)

ASR(转速环调节器)的设计 (18)

第四章逻辑无环流系统的实现

典型逻辑控制的无环流可逆调速系统 (24)

无环流逻辑控制环节DLC (24)

晶闸管集成触发器 (28)

第五章开卷机张力控制

开卷机张力控制系统 (31)

第六章辅助电路

辅助电路结构以及作用 (32)

第七章操作电路

操作结构以及作用 (32)

总结 (33)

参考文献 (34)

第一章设计参数和要求

一、设计内容及要求：

（一）、系统各环节选型

1、主回路方案确定

2、控制回路选择

（二）、主要电气设备的计算和选择

1、晶闸管整流元件：电压定额、电流定额计算及选择

2、系统各主要保护环节的设计：快速熔断器计算选择、阻容保护电路选择

电流环超调量：σi≤5%

转速环超调量：σn≤10%

允许过载倍数：

三、设计环境

主要由主电路和控制电路组成，主电路由开关、交流接触器、晶闸管整流装置和保护器件组成、控制电路主要由运算放大器构成的控制器组成。

第二章各功能模块器件选择

开卷电机的选择

850mm六辊可逆开卷电机：

数量1，DC电机

上海南洋Z4系列

额定电压：440V，额定电流：400A，额定功率：168kW，电机转速：500/900 rpm 绝缘等级：B级

工作制：S1

过载倍数：

冷却方式：自带通风机强迫风冷

特性：电枢可不加平波电抗器，调速范围广，过载能力强，可弱磁调速

整流方案的选择

采用反并联三相全控整流桥。

无环流工作，任何情况下只允许一组整流器工作，而另一组必须被封锁，以保证不出现环流，通常采用如图2-1所示反并联可逆线路。

图2-1 反并联三相全控整流桥