【正文】 摘 要 在穿孔軋機(jī)中采用晶閘管串級調(diào)速，可以達(dá)到節(jié)能調(diào)速的目的，因此本課題具有實(shí)際的應(yīng)用價值。根據(jù)穿孔軋機(jī)對電氣傳動系統(tǒng)的要求，本文選擇了轉(zhuǎn)差回饋型的串級調(diào)速方式，調(diào)速系統(tǒng)效率高，能較好的滿足轉(zhuǎn)矩過載能力和靜、動態(tài)特性的要求。 本系統(tǒng)采用了具有電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)的典型的雙閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、集成的觸發(fā)電路和綜合的過流過壓保護(hù)電路。在已知的工藝過程和技術(shù)要求下，計(jì)算了整流器、逆變器及雙閉環(huán)的動態(tài)參數(shù)等。調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器都選擇了模擬 PI調(diào)節(jié)規(guī)律，能較好的實(shí)現(xiàn)穿孔軋 機(jī)自動調(diào)速功能，滿足了要求的技術(shù)指標(biāo)。本系統(tǒng)進(jìn)行了 MATLAB 仿真，仿真結(jié)果基本滿足了系統(tǒng)要求，如果本系統(tǒng)能夠應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中，將會提高生產(chǎn)效益。 關(guān)鍵詞 ：串級調(diào)速 交流調(diào)速 雙閉環(huán) 穿孔軋機(jī) PI調(diào)節(jié)器 Abstract Adopting thyristor cascade speed control in perforation rolling mill, can reach the purposes of energysaving and speed–adjusting, wherefore this topic take on practical application value. According to the electric driving system requirement of perforation rolling mill, slipping feedback type cascade speed control mode the is selected, speed governing system which is high efficiency, is able to better satisfy cogging force overload capacity and the require of static and dynamic characteristics. The system use double closed loop automatic speed regulation system which has current internal loop and velocity external loop, integrated flipflop circuit and prehensive overflowing and overvoltage protection electronic circuit. Both at given process engineering and technical requirement ， calculate current rectifier, inverter and double looplocked dynamic parameter etc. The design of the adjuster is the system design39。s emphases, upper selection of the regulator, having select simulation proportionalintergral controller in the current regulator and speed controller， which are able to better realize perforation roll automatic speed regulation function and satisfy required technical criteria .The system proceed MATLAB simulation, whose result basic satisfy system’s requirement, in the event of the system in a position to application to practical on line , would improve production benefit . Keyword： cascade speed control \ intercourse speed regulation \ double closed loop \ perforation roll \ simulation proportionalintergral controller. 目 錄 第一章 緒論 .............................................. 1 本項(xiàng)課題的意義 .......................................... 1 交流調(diào)速系統(tǒng) ............................................ 1 穿孔軋機(jī)自動調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 ...................... 2 第二章 系統(tǒng)方案的確定 .................................... 3 系統(tǒng)方案的確定 .......................................... 3 系統(tǒng)方案的說明 .......................................... 3 第三章 主電路的設(shè)計(jì) ..................................... 5 逆變變壓器的計(jì)算 ........................................ 5 逆變變壓器原副邊的接線方式 .......................... 5 逆變變壓器二次電壓的 計(jì)算 ............................ 5 逆變變壓器容量的計(jì)算 ................................ 6 有源逆變晶閘管元件的計(jì)算與選擇 .......................... 7 晶閘管的反向重復(fù)峰值電壓與串 聯(lián)數(shù)目的確定 ............ 7 晶閘管額定電流與并聯(lián)支路數(shù)的確定 .................... 8 轉(zhuǎn)子整流器的計(jì)算與元件選擇 .............................. 9 直流回路電抗器的計(jì) 算 ................................... 10 直流回路電抗器的作用 ............................... 10 直流回路中電抗器電感值的計(jì)算 ....................... 10 第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ................................... 12 過流和過壓保護(hù) ......................................... 12 過流和過壓保護(hù)原理 ................................. 12 過壓和過流保護(hù)裝置 ................................. 14 瞬時停電保護(hù)裝置 ....................................... 16 觸發(fā)電路 ............................................... 17 集成觸發(fā)器 KJ004 ................................... 17 觸發(fā)電路的定相 ..................................... 19 電路說明 ........................................... 19 串聯(lián)逆變器脈沖移相的確定 —— 叉相控制方式 ............... 20 第五章 雙閉環(huán)串級調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .......................... 22 對象的數(shù)學(xué)模型 ......................................... 22 電動機(jī)的傳遞函數(shù) ................................... 22 觸發(fā)逆變環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) ............................. 23 主回路的傳遞函數(shù) ................................... 24 電流閉環(huán)的設(shè)計(jì) ......................................... 24 電流檢測裝置 ....................................... 24 電流閉環(huán)動態(tài)參數(shù)的計(jì)算 ............................. 25 電流調(diào)節(jié)器及給定濾波器參數(shù)的確定 ................... 27 速度閉環(huán)的設(shè)計(jì) ......................................... 29 速度檢測裝置 ....................................... 29 速度環(huán)動態(tài)參數(shù)的計(jì)算 ............................... 29 速度調(diào) 節(jié)器及給定濾波器參數(shù)的確定 ................... 30 第六章 系統(tǒng)仿真 ......................................... 31 仿真模型 ............................................... 31 仿真結(jié)果 ............................................... 31 結(jié)束語 ................................................. 33 謝辭 ................................................... 34 參考文獻(xiàn) ............................................... 35 附錄 ................................................... 36 第一章 緒論 本項(xiàng)課題的意義 穿孔軋機(jī)（簡稱穿孔機(jī)） [1]是用以軋制無縫鋼管的一種大型軋鋼設(shè)備。無縫管品種規(guī)格齊全，油井管自給率達(dá)８０％以上。經(jīng)過５０年的建設(shè)、生產(chǎn)和科研，我國無縫管已是產(chǎn)品品種、規(guī)格齊全，其產(chǎn)品的用途覆蓋了地質(zhì)、石油、冶金、煤炭、化工、汽車、船舶、電站以及軍工、航空航天、核能等行業(yè)，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國防安全做出了巨大的貢獻(xiàn)。無縫鋼管加工的主要流程為： 穿孔機(jī)是用來完成上述工藝流程中 “穿孔”工序的設(shè)備。加熱然后的實(shí)心圓鋼坯料被穿孔機(jī)上高速旋轉(zhuǎn)著的軋輥咬入后，借助于導(dǎo)板和頂頭的作用使坯料穿孔變形。穿孔機(jī)自動調(diào)速系統(tǒng)主要是控制穿孔機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使無縫鋼管達(dá)到質(zhì)量要求，自動調(diào)速系統(tǒng)可提高無縫鋼管的質(zhì)量和產(chǎn)量，降低成本，增強(qiáng)無縫鋼管 [2][3]與電焊鋼管的競爭力。 交流調(diào)速系統(tǒng) 直流電機(jī)拖動和交流電機(jī)拖動在 19 世紀(jì)中先后誕生。在 20世紀(jì)的大部分年代里，約占整個電力拖動容量的不變速拖動系統(tǒng)都采用交流電機(jī)，而只占 20%的高控制性能可調(diào)速拖動系統(tǒng)則采用直流電機(jī)，這似乎已經(jīng)成為一種舉世公認(rèn)的格 局。交流調(diào)速系統(tǒng)的方案雖然早已有多種發(fā)明并得到世紀(jì)應(yīng)用，但其性能卻始終無法與直流調(diào)速系統(tǒng)向匹敵。直到本世紀(jì) 70年代初葉，席卷世界先進(jìn)工業(yè)國家的石油危機(jī)，迫使他們投入大量的人力和財(cái)力去研究高效高性能的交流調(diào)速系統(tǒng)，期望它來節(jié)約能源。經(jīng)過十年左右的努力，到了 80年代大見成效，一直被認(rèn)為是天經(jīng)地義的交直流拖動的分工被逐漸打破，高性能交流調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用的比重逐年上升。在各部門中的用可調(diào)速交流拖動取代直流拖動的比例也逐年上升。 交流調(diào)速系統(tǒng) [4]種類很多，常見的有： 1）降壓調(diào)速； 2）電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速； 3）繞線轉(zhuǎn)子異 步電機(jī)轉(zhuǎn)子串電阻調(diào)速；4）繞線異步電動機(jī)串級調(diào)速； 5）變極對數(shù)調(diào)速； 6）變頻調(diào)速。 本次課題設(shè)計(jì)所用到的調(diào)速方式是繞線異步電動機(jī)串級調(diào)速，屬轉(zhuǎn)差功率回饋型調(diào)速系統(tǒng)，轉(zhuǎn)差功率的一部分消耗掉，大部分則通過交流裝置回饋電網(wǎng)或者轉(zhuǎn)化為機(jī)械能予以利用，轉(zhuǎn)速越低時回收的功率越多，調(diào)速的效率比較高及具有良好的調(diào)速性能。 穿孔軋機(jī)自動調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 穿孔軋機(jī)自動調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容主要包括以下幾個部分的內(nèi)容： 1）系統(tǒng)方案的確定 [1]。本系統(tǒng)采用了具有電流內(nèi)環(huán)和速度外環(huán)的典型雙閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng) —— 晶閘管控 制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 2）控制部分。本系統(tǒng)的控制部分由三部分組成，即觸發(fā)裝置 [5]、調(diào)節(jié)裝置和過流過壓保護(hù)裝置。選用的觸發(fā)電路主要是以 KJ004 集成觸發(fā)器為核心，并對電路進(jìn)行觸發(fā)的六脈沖觸發(fā)實(shí)用電路；調(diào)節(jié)裝置包括電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)；過流過壓保護(hù)裝置主要包括直流電壓變化器、過壓和過流保護(hù)環(huán)節(jié)和綜合保護(hù)電路。 3）主電路的設(shè)計(jì) [1]。主電路的計(jì)算主要包括