【正文】 緒論 .............................................. 1 本項課題的意義 .......................................... 1 交流調(diào)速系統(tǒng) ............................................ 1 穿孔軋機自動調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計的主要內(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 ..................................... 5 逆變變壓器的計算 ........................................ 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 計算 ............................ 5 逆變變壓器容量的計算 ................................ 6 有源逆變晶閘管元件的計算與選擇 .......................... 7 晶閘管的反向重復峰值電壓與串 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)子整流器的計算與元件選擇 .............................. 9 直流回路電抗器的計 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算 ....................... 10 第四章 控制系統(tǒng)的設(shè)計 ................................... 12 過流和過壓保護 ......................................... 12 過流和過壓保護原理 ................................. 12 過壓和過流保護裝置 ................................. 14 瞬時停電保護裝置 ....................................... 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 .......................... 22 對象的數(shù)學模型 ......................................... 22 電動機的傳遞函數(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 ......................................... 24 電流檢測裝置 ....................................... 24 電流閉環(huán)動態(tài)參數(shù)的計算 ............................. 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 ......................................... 29 速度檢測裝置 ....................................... 29 速度環(huán)動態(tài)參數(shù)的計算 ............................... 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 ............................................... 35 附錄 ................................................... 36 第一章 緒論 本項課題的意義 穿孔軋機（簡稱穿孔機） [1]是用以軋制無縫鋼管的一種大型軋鋼設(shè)備。在已知的工藝過程和技術(shù)要求下，計算了整流器、逆變器及雙閉環(huán)的動態(tài)參數(shù)等。摘 要 在穿孔軋機中采用晶閘管串級調(diào)速，可以達到節(jié)能調(diào)速的目的，因此本課題具有實際的應(yīng)用價值。調(diào)節(jié)器的設(shè)計是本系統(tǒng)設(shè)計的重點，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，能較好的實現(xiàn)穿孔軋 機自動調(diào)速功能，滿足了要求的技術(shù)指標。無縫管品種規(guī)格齊全，油井管自給率達８０％以上。穿孔機自動調(diào)速系統(tǒng)主要是控制穿孔機電機的轉(zhuǎn)速，使無縫鋼管達到質(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，增強無縫鋼管 [2][3]與電焊鋼管的競爭力。直到本世紀 70年代初葉，席卷世界先進工業(yè)國家的石油危機，迫使他們投入大量的人力和財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。 本次課題設(shè)計所用到的調(diào)速方式是繞線異步電動機串級調(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。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裝置。 4）控制系統(tǒng)的仿真。 第二章 系統(tǒng)方案的確定 系統(tǒng)方案的確定 根據(jù)穿孔機對電氣傳動系統(tǒng)的要求，采用晶閘管串級調(diào)速是很合適的。 圖 21 晶閘管串級調(diào)速系統(tǒng) 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限 制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。另外，本系統(tǒng)采用兩組逆變器串聯(lián)的連接方式，這樣，雖 然多用一些設(shè)備及元件，但具有下列優(yōu)點 [1]： （１）可采用普通電力變壓器作為逆變變壓器，不必再訂制副邊線圈電壓為特殊規(guī)格的逆變變壓器。 （２） 由于每臺逆變變壓器的副邊線電壓降低了一半，因而逆變器中元件的耐壓，也可相應(yīng)降低一半，這樣可以降低元件成本，同時便于選用。第三章 主電路的設(shè)計 主電路的計算與元件選擇包括有源逆變器的計算、轉(zhuǎn)子整流器的計算和直流電抗器的計算與元件選擇。這里，主要討論如何確定逆變變壓器的二次電壓，容量和接線方式。具有尖頂波形的電壓之幅值可以達到正常值的 50%— 60%，這對逆變變壓器絕緣是不利的。所以在穿孔軋機自動調(diào)速系統(tǒng)中可選擇△ /Y11 型接線方式。穿孔軋機的調(diào)速范圍不大，在這次的設(shè)計中要求的調(diào)速范圍是 D= 3 : 1,所以這類設(shè)備所用的逆變變壓器的二次電壓比較低。 安，安伏，伏 1 2 5 5I1 4 4 4I362400 2eB 2 e ?????BE 均有一定的裕量。 根據(jù)上面的給定的系數(shù)可得 ???? ?????R R MJYBUWs VK EKKn 即可在逆變器的橋臂上串聯(lián)一個晶閘管器件。 a x ?? ?????FJLdiIP IK IKKn 因此，每個橋臂上并聯(lián)的支路數(shù)為 4。在上述 條件下通過計算選擇硅整流二極管的方法。 從電流來看，標定的硅整流二極管額定電流與標定的晶閘管額定電流相等，即可根據(jù) ddF III 1 ?? 得到 2 5 ???FI （安） 所以，在確定硅整流元件的并聯(lián)支路數(shù)時，仍可使用 317式，但此時應(yīng)乘以低頻系數(shù) DK ，其值約為 ~，即 FJLdiIDP IK IKKKn m ax? （ 319） 因此， 4m a x ??FJLdiIDP IK IKKKn 即硅整流元件的并聯(lián)支路數(shù)為 4。此時，機械特性曲線上翹，特性變軟，這對于靜態(tài)和動態(tài)都是不利的。因此，電抗器必須將直流電流中的脈動成分限制在允許范圍內(nèi)。 直流回路中電抗器電感值的計算 電抗器電感值的計算，可以根據(jù)上述幾個方面的要求來進行，并取其中較大的值。這章主要介紹觸發(fā)裝置和過流過壓保護裝置，調(diào)節(jié)裝置將在后面中介紹。由于晶閘管的溫升時間常數(shù)很小，比一般電器元件小的多，所以過流時其結(jié)溫迅速升高；當結(jié)溫超過允許值（一般最高允許結(jié)溫為 ?125 ）時，元件迅速損壞。 交流側(cè)快速熔斷器的選擇：定子額定線電流： 2431 ?eI （安），可選擇 RSL300快速熔斷器，熔體額定電流 300 安。因此，若在轉(zhuǎn)子斷開情況下斷開定子回路，可能在轉(zhuǎn)子回路中產(chǎn)生很高的沖擊電壓，從而損壞元件甚至設(shè)備。 得： ? ? uFuFU SiC 35 %6 2220??????? 所以可以取 uFC ? 。 過壓和過流保護裝置 過流和過壓保護裝置主要由 直流電壓變換器、過壓和過流保護環(huán)節(jié)和綜合保護電路等環(huán)節(jié)組成的。 上面部分的電路是由晶體管 103 ~TT （ 3DK4C）組成的對稱開關(guān)電路，其功能是，先將直流輸入電壓調(diào)制成矩形波交流電流，而后，在通過隔離變壓器 2B，將矩形波交流電壓解調(diào)為直流輸出電壓。 9?入U 伏時， GY 動作， 出U 由 +6 伏變?yōu)?6 伏。當 GY 和 GL 動作時， 6 伏電壓送到綜合保護電路的輸入端，使晶體管 1T 由導通變?yōu)榻刂梗w管 2T 與 3T 則由截止變?yōu)閷ǎ?2T 的導通，使電流調(diào)節(jié)器 LT 的輸出電壓為零，脈沖控制角立即返回到 min? 的位置； 3T 德導通，使繼電器ZHJ 通電 并動作，從而使直流快速開關(guān) DS 立即斷開。 這里選用 CM17815 和 CM17915 三端集成穩(wěn)壓器 [10]作為控制電路電源，如圖 44所示 ：（ B B2 為整流橋） 圖 44 控制電路的直流電源 瞬時停電保護裝置 在供電系統(tǒng)中，常將在 5 秒鐘以內(nèi)可以恢復的停電稱為“瞬時停電”。 圖 45 瞬時停電保護裝置 對于時間較短的瞬時停電，采用上述措施是可行的；若停電時間較 長，導致電機轉(zhuǎn)速下降很明顯時，可采用正常起動方法重新起動串級調(diào)速系統(tǒng)。集成電路可靠性高，技術(shù)性能好，體積小，功耗低，調(diào)試方便。由 1個 KJ004構(gòu)成的觸發(fā)單元可輸出 2 個相位間隔 180176。也有廠家生產(chǎn)了將圖 56 全部電路集成的集成塊，但目前應(yīng)用還不多。接下采的問題是觸發(fā)電路的定相，即選擇同步電壓信號的相位，以保證觸發(fā)脈沖相位正確。 圖 48給出了主電路電壓與同步電壓的關(guān)系示意圖。 采用鋸齒波同步的觸發(fā)電路時，同步信號負半周的起點對應(yīng)于鋸齒波的起點，通常使鋸齒波的上升段為 240176。 。 。將 ?＝ 90176。與同步電壓的 300○ 對應(yīng)，也就是 ? ＝ 0176。的位置，則其同步信號的 180176。對于共陰極組的 VT VT 6和 VT 2，它們的陰極分別與 U 、 V2和 W2 相連，可簡單表示它們的主電路電壓分別為 U 、 V2 和 W2。當可控整流設(shè)備通過整流變壓器和交流電網(wǎng)相接時，應(yīng)為整流變壓器的副邊繞組電壓；當整流設(shè)備直接接入電網(wǎng)是時，電源主電壓就是交流電網(wǎng)電壓。 （二）變壓器的說明 與三相電源變壓器不同，由于三相同步變壓器的副邊繞組電壓要分別接到六個觸發(fā)電路，因而各觸發(fā)電路必有公共接地端。在本設(shè)計中只要同步電壓與 U相電壓 U同相，就可滿足晶閘管移相范圍的要求。為了保證頻率一致，且 該電路需要三個互差 120176。按電路要求，為保證移相范圍，