交直流调速

交直流调速系统课程设计目录一、课程设计的目的 (2)二、课程设计的要求 (2)三、课程设计的任务（十机架连轧分部传动直流调速系统的设计） (3)（一）、连轧机原理 (3)（二）、基本参数 (3)(1)、电动机参数 (3)（三）、设计指标 (4)（四）设计要求 (4)四、晶闸管整流主电路的设计与选择 (4)（一）、整流变压器的计算与选择 (4)（1）、整流变压器的电压 (5)（2）、整流变压器的电流 (5)（3）、整流变压器的容量 (5)（二）、整流元件的计算与选择 (5)（1）、整流元件的额定电压Ukn (6)（2）、整流元件的额定电流IT (6)（三）、电抗器的计算与选择 (6)（1）、实际应串入的平波电抗器LK（mH） (6)（四）、保护元件的计算与选择 (6)（1）、交流侧阻容过压保护 (6)（2）、交流侧压敏电阻过压保护 (7)（3）、晶闸管元件过压保护 (8)（4）、晶闸管装置的过流保护 (8)（五）、晶闸管直流调速系统主电路原理图 (8)五、晶闸管双闭环直流调速系统的设计与选择 (9)（一）、晶闸管双闭环直流调速系统的原理 (10)（二）、给定积分器单元(GJ)电路电路设计及分析 (11)（三）、速度调节器单元(ASR) 及电路设计及分析 (12)（四）、电流调节器单元(ACR) 及电路设计及分析 (13)（五）、速度变换器（SB）及电路设计及分析 (13)（六）、触发输入及保护单元及电路设计及分析 (14)（七）、直流调速系统整体分析 (17)六、晶闸管转速电流双闭环直流调速系统调试 (18)（一）、线路原理 (18)（二）、调试内容及步骤 (19)（三）、系统调试注意事项 (21)七、体会与建议............................................................................................. 错误！未定义书签。

一、课程设计的目的课程设计是本课程教学中极为重要的实践性教学环节，它不但起着提高本课程教学质量、水平和检验学生对课程内容掌握程度的作用，而且还将起到从理论过渡到实践的桥梁作用。

因此，必须认真组织，周密布置，积极实施，以期达到下述教学目的。

①通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在交直流调速及相关课程方面的基本只是、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，让学生养成严谨科学、严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作作风，达到提高学生基本素质之目的。

③通过课程设计，让学生独立完成一项直流或交流调速系统课题的基本设计工作，达到培养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。

④通过课程设计，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生工程绘图和编写设计说明书能力的目的，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好的基础。

二、课程设计的要求①根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，能够独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。

②要求掌握交直流调速系统的设计内容、方法和步骤。

③要求会查阅有关参考资料和手册等。

④要求学会选择有关元件和参数。

⑤要求学会绘制有关电气系统图和编制元件细节。

⑥要求学会编写设计说明书。

三、课程设计的任务（十机架连轧分部传动直流调速系统的设计）（一）、连轧机原理在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，而连轧则是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的先进方法。

其主要特点是被轧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。

其轧制原理和过程如图3-1所示。

连续轧制的基本条件是物质流量的不变性，即S1v1=S2v2…=S nvn=常数，这里S1…S n和v1…v n分别为被轧金属的横断面积和线速度。

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钢和轧制时的冲击性负载，实现机架的各部分控制和协调控制。

每个机架的上下轧锟公用一台电动机实行集中拖动，不同机架采用不同电动机实行部分传动，各机架轧锟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都得到满足，因此，必须对过渡过程实践和超调量都提出相应的限制。

连轧机的完整控制包括许多方面，本课题只考虑轧锟拖动的基本控制即调速问题，并以十机架轧机为例，至于张力卷取问题等将不涉及。

（二）、基本参数考虑到课程设计的实践有限，本课题直接给出各部分电动机的额定参数作为设计条件，不再提及诸如轧制力、轧制转矩、轧锟直径等概念和参数，以便简化设计计算。

(1)、电动机参数以十机架为准，每个机架对应一台电动机，由此形成10个部分，各部分电动机参数集中列表3-1中，其中P n(kW)为额定功率、U n(V)为额定电压、I n（A）为额定电流、n n[(r/min)]为额定转速、R a(Ω)为电动机内阻、GD²a(N²m²)为电动机飞轮力矩、P为极对数。

I fn(A)为额定励磁电流。

表3-1 各部分电动机额定参数机架序号电动机型号Pn/Kw Un/V In/A na/(r/min) Ra/ΩIfn/A Gda²/N²m²P/对1 Z2-92 67 230 291 1450 0.2 4.98 68.6 12 Z2-91 48 230 209 1450 0.3 3.77 58.02 13 Z2-82 35 230 152 1450 0.4 2.67 31.36 14 Z2-81 26 230 113 1450 0.5 2.765 27.44 15 Z2-72 19 230 82.55 1450 0.7 3.05 11.76 16 Z2-71 14 230 61 1450 0.8 2.17 9.8 17 Z2-62 11 230 47.8 1450 0.9 0.956 6.39 18 Z2-61 8.5 230 37 1450 1 1.14 5.49 19 Z2-52 6 230 26.1 1450 1.1 1.11 3.92 110 Z2-51 4.2 230 18.25 1450 1.2 1.045 3.43 1（三）、设计指标①稳态指标：无静差。

②动态指标：电流超调量﹠i≤5%；启动到额定转速时的转速超调量﹠n≤5%（按退饱和式计算）（四）设计要求①要求以转速、电流双闭环形式作为系统的控制方案。

②要求主电路采用三相全桥整流形式。

③要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。

④要求触发脉冲有故障封锁能力。

⑤要求对1号机架拖动系统设置给定积分器，其他机架拖动系统设置给定速度链，以实现速度协调控制。

四、晶闸管整流主电路的设计与选择（一）、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电压与电网电压往往不一致；因此，为了尽量减小电网与晶闸管装置的相互干涉，要求它们相互隔离，故通常均要配用整流变压器。

（1）、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；当一次侧绕组△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αmin及电网电压波动系数∈有关，可按下式近似计算。

U2=K z U n/∈AB式中，K z为安全系数，一般取为1.05～1.10左右。

（2）、整流变压器的电流整流变压器的二次侧相电流I2和一次侧的相电流I1与整流电路的形式、负载性质和电动机额定电流I n有关，可别计算如下I2=K2I nI1=K1U2I n/U1（3）、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=m2U2I2S1=m1U1I1S=(S1+S2)/2式中，m1、m2分别为一次侧与二次侧绕组的相数。

以上各式中未定系数均列于表4-1中。

表4-1 整流变压器的计算系数（电感负载）计算系数单相全孔桥三相可靠半波三相全控桥三相半控桥A=U do/U20.9 1.17 2.34 2.34B=U d/U do cosαmin cosαmin cosαmin(1+cosαmin)/2 K2=I2/I n 1 0.577 0.816 0.816K1=I1/I n 1 0.472 0.816 0.816 （二）、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护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 kn和额定电流（通过平均电流）I T,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α的大小等因素有关。

一般按α=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。

（1）、整流元件的额定电压U kn整流元件的额定电压U kn与元件实际承受的最大峰值电压U m有关，即U kn=（2～3）U m（2）、整流元件的额定电流I T整流元件的额定电流I T与最大负载电流I m有关，即I T=(1.5～2.0) K fb I m式中，K fb为计算系数，参见表4-2；1.5～2.0为安全系数表4-2 整流变压器的计算系数（电感负载）计算系数负载形式单相桥式三相半波三相半控桥K fb电阻负载0.5 0.374 0.368K fb电感负载0.45 0.367 0.367 （三）、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，通过需要在直流侧串联常有空气隙的贴心电抗器，其主要参数为额定电流I n和电感量I K.（1）、实际应串入的平波电抗器L K（mH）L K=max(L m,L1)-L a-2L B式中max取其中的最大值。

（四）、保护元件的计算与选择（1）、交流侧阻容过压保护①交流侧过压保护电容（单位为uF）的计算公式C≥2i0%S//U2²式中 S————整流变压器的平均计算容量，V²A；i0%—————变压器励磁电流百分数，对于10～560kV²A的三相变压器，一般去i0%=4～10.电容C（单位为uF）的交流耐压应大于或等于1.5U c,U c是阻容两端正常工作的交流电压有效值。

②交流侧过压保护电阻的计算公式R≥(6.9 U2²/S)√￣(u k%/ i0%)式中，u k%为变压器的短路比，对于10～1000kV²A的变压器，对应u k%=5～10。

电阻功率P可在下式范围内选取（2～3）（2πf）²K1(CR)CU2²＜P R＜（1～2）[（2πf）²K1(CR)+K2]CU2²式中 R、C——为上述范围内阻容计算值；f、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。