第一章 连扎机.doc

交直流调速在连扎机中的应用

第一章：连扎机
1.1连轧机的工作原理
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，而连轧机是一种可以提高劳动生产率和轧制之类的先进方法。其主要特点是被扎金属同时处于若干机架之中，并验证同一放向进行轧制最终形成一定的断面行状。
而连轧机的电气传动则应在保证物质流量恒定的前提下承受咬合刚和轧制是的冲击性负载，实现机架的各部分控制和协调控制。每个机架的上下轧辊共用一台电动机实现集中拖动，不同机架采用不同电动机实现部分传动，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得到满足，因此，必须对过渡过程时间和超调量提出相应的限制。

1.2连轧机的结构特点
采用双闭环调速系统，可以近似再电机最大受限的条件下充分利用电机的容许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度启动，到达稳态转速后，有可以让电流迅速降低 下来，使转距马上与负载相平衡 ，从而转入稳态运行，此时启动电流近似呈方形波。而转速近似线形增长。这是在最大电流受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的启动过程 。采用转速电流双闭环调速系统，在系统之中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接。这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加在一个调节器的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈。不靠电流负反馈发生主要的作用。这样就能够获得良好的静、动态性能。
1.3需要调速系统的分析
主要由给定环节、ASR、ACR、触发器和整流装置环节、速度检测环节以及电流检测环节组成。为了使转速负反馈和电流负反馈分别起作用，系统设置了电流调节器ACR和转速调节器ASR。电流调节器ACR和电流检测反馈回路构成了电流环；转速调节器ASR和转速检测反馈回路构成转速环，称为双闭环调速系统。因转速换包围电流环，故称电流环为内环，转速环为外环。在电路中，ASR和ACR串联，即把ASR的输出当做ACR的输入，再由ACR得输出去控制晶闸管整流器的触发器。为了获得良好的静、动态性能，转速和电流两个调节器一般都采用具有输入输出限幅功能的PI调节器，且转速和电流都采用负反馈闭环。该系统的原理框图如图下图：
电流检测

整流触发装置
ASR
ACR
负载
电压
电动机

速度检测

第二章：调速系统的元器件
2.1整流

电流调节器原理图
ASR（速度调节器）根据速度指令Un*和速度反馈Un的偏差进行调节，其输出是电流指令的给定信号Ui*（对于直流电动机来说，控制电枢电流就是控制电磁转矩，相应的可以调速）。
ACR(电流调节器)根据Ui*和电流反馈Ui的偏差进行调节，其输出是UPE（功率变换器件的）的控制信号Uc。进而调节UPE的输出，即电机的电枢电压，由于转速不能突变电枢电压改变后，电枢电流跟着发生变化，相应的电磁转矩也跟着变化，由Te-TL=Jdn/dt，只要Te与TL不相等转速会相应的变化。整个过程到电枢电流产生的转矩与负载转矩达到平衡，转速不变后，达到稳定。
2.2给定
在双闭环调速系统中，转速总是紧紧地跟随给定量而变化。因此给定电源的质量是保证系统正常工作的重要组成部分，高精度的调速系统必须要有更高精度的给定稳压电源作保证。所以，设计系统控制方案、拟定控制电路时，必须十分注意对稳压电源的设计与选择。由三端集成稳压器件所组成的稳压电源，线路简单、性能稳定、工作可靠、调整方便，已逐渐取代分立元件，在生产实际中应用越来越广泛。系统中应尽量采用这种集成稳压源，以保证系统的可靠工作。为防止大幅度电网电压波动给稳压电源工作带来的困难，目前已普遍采用恒压变压器作为稳压电源的电源变压器。这些在设计时都需引起注意。系统给定电源电路图如下：
2.3反馈
转速的检测
常用的转速检测装置是各种测速发电机和脉冲测速装置。由于直流测速发电机无需另设整流装置，且无剩余电压，故在直流调速系统中转速反馈信号广泛采用直流测速发电机，将转速转换成电压。检测电路如下：

2.4控制
调节器的限幅
调速系统中，为了保护电气设备和机械设备的安全，须限制电动机的最大电流、最大电压以及晶闸管变流装置的αmin和βmin角等，一般都要求对调节器输出限幅。调节器输出限幅值的计算与整定是系统设计和调试工作中十分重要的环节。实现限幅的方法大体有两类，即外限幅和内限幅。电路图如下：

a） 外限幅电路 b）内限幅电路

第三章 调速分析

3.1技术参数
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。

各部分电动动机参数
机架序号
电动机型号
Pn/ kW

In/ A

nn/ (r/min)
Rn/Ω

Ifn/A
GD2a/（N·㎡）
Un/V
P/对
1
Z2-92
67
291
1450
0.2
4.98
68.60
230
1
2
Z2-91
48
209
1450
0.3
3.77
58.02
230
1
3
Z2-82
35
152
1450
0.4
2.67
31.36
230
1
4
Z2-81
26
113
1450
0.5
2.765
27.44
230
1
5
Z2-72
19
82.55
1450
0.7
3.05
11.76
230
1
6
Z2-71
14
61
1450
0.8
2.17
9.8
230
1
7
Z2-62
11
47.8
1450
0.9
0.956
6.39
230
1
8
Z2-61
8.5
37
1450
1.0
1.14
5.49
230
1
9
Z2-52
6
26.1
1450
1.1
1.14
3.92
230
1
10
Z2-51
4.2
18.28
1450
1.2
1.045
3.34
230
1
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，要求它们相互隔离，故通常均要配用整流变压器。
⑴ 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1.05～1.10左右。
⑵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）
⑶整流变压器的容量 整流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。
整流变压器的计算系数（电感负载）
计算系数

单相全控桥
三相可靠半波
三相全控桥
三相半控桥
A=Ud0/U2
0.9
1.17
2.34
2.34
B=Ud/Udo
cosаmin
cosаmin
cosаmin
(1+cosаmin)/2
K2=I2/In
1
0.577
0.816
0.816
K1=I1/In
1
0.472
0.816
0.816
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。
⑴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=（2～3）Um （7）
式中（2～3）为安全系数，要求可靠性高时取较大值。
⑵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=（1.5～2.0）KI （8）
式中K为计算参数，（1.5～2.0）为安全系数
整流变压器的计算系数

计算系数
负载形式
单相形式
三相半波
三相半控桥
Kfb=(=0)
电阻负载
0.5
0.374
0.368
Kfb=(=0)
电感负载
0.45
0.367
0.367

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
⑴． 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。
⑵用于保证输出电流连续的临界电感L1/
（10）
式中 I—要求的最小负载电流平均值，A;
K1—为计算系数。
⑶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=8～12；对于快速无补偿绕组电动机，KD=5～6。其余参数均为电机额定值。
⑷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。
⑸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。
⑹电枢回路总电感L∑= L+ La+2 LB

计算电感时的有关参数
计算系数
单项全控桥
三相半波
三相全控桥
计算系数
单相全控桥
三相半波
三相全控桥

100
150
300
K1
2.85
1.46
0.693
Su
1.2
0.88
0.46
KB
3.18
6.75
3.9
4.电阻的计算
⑴电动机电枢电阻 Ra
⑵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效率，一般取为95%。
⑶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。
⑷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
⑴电磁时间常数 T1=L∑/ R∑ （18）
⑵机电时间常数 Tm= （19）
6. 保护元件的计算与选择
⑴交流侧阻容过压保护
① 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，V·A;i0%—变压器励磁电流百分数，对于10～560kV·A的三相变压一般取i0%=4～10。
电容C(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。
② 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10～1000kV·A的变压器，对应u%5～10。
电阻功率P可在下式范围内选取
（2～3）（2f）2K1(CR)CU＜PR＜(1～2)[（2f）2K1(CR)+ K2]CU （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）; （2～3）和(1～2) —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; 对于三相桥式：阻容△接法K2=900；阻容Y接法K2=300。
当CR＜0.2ms时，所选PR值接近于上式之右方；
当CR＞5 ms时，所选PR值接近于上式之左方；
③不同接法下阻容的实际取值：

变压器和阻容不同接法时电阻和电容的取值
变压器接法
单相
三相二次侧Y接
三相二次侧△接
阻容装置接法
于变压器二次侧并联
Y接
△接
Y接
△接
电容
C
C
C/3
3C
C
电阻
R
R
3R
R/3
R

第四章 综合分析
4.1调速