运动设计

1运动控制系统课程设计说明书设计题目850轧机主传动有环流可逆系统设计学生姓名：23同人图学号：为二恶4专业班级：(⊙o⊙)…肉指导教师：梁对对对华北理工大学电气工程学院而让乳房年12月12日2任务书说明书评定成绩答辩成绩设计总成绩题目三：850轧机主传动有环流可逆系统设计(一)性能指标要求：稳态指标：系统无静差动态指标：%5i；空载起动到额定转速时%10n。(二)给定电机及系统参数KWPN2800，VUN750，AIN4050，2，min50rnN，008.0aR电枢回路总电阻01212.0R电枢回路总电感mHL503.1电机飞轮惯量252102.6NmGD系统最大给定电压VUnm10ACR、ASR调节器限幅值调到为V8，(三)设计步骤及说明书要求1画出系统结构图，并简要说明工作原理。2根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边相电压；选择晶闸管的参数并确定过流、过压保护元件参数。3分析触发电路及同步相位选择。4设计ACR、ASR并满足给定性能指标要求。5完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。6打印说明书（A4）7由于本系统额定电流较大，应考虑双并联12脉波全控三相桥整流电路（因计算参数较多，可不作为本次设计主选主电路，由同学自定）。3目录绪论--------------------------------------------------------------------------------------------------------4第一章设计内容及要求---------------------------------------------5第二章系统方案选择----------------------------------------------------------------------------61．直流电动机的调速方案的选择2．主电路设计第三章控制电路及驱动电路设计-------------------------------------123.1控制电路3.2驱动电路第四章电流调节器与转速调节器的设计-------------------------------144.1调节器工程设计方法的基本思路4.2系统主要参数的计算4.3电流调节器的设计4.4转速调节器的设计第五章其他单元电路设计-------------------------------------------175.1基准电源设计5.2转速检测电路5.3本设计采用的励磁回路第六章系统各保护电路设计-----------------------------------------206.1交流侧和直流侧保护设计体会-----------------------------------------------------------26参考文献-----------------------------------------------------------264绪论本设计中850可逆轧机为单机架轧机，进行多道次钢带轧钢。它是由主传动，压下装置，前后夹送棍及左右卷取机等组成。生产过程简介:轧制前先启动压下装置电击提升轧辊，使轧辊有一定开度，将钢卷坯料装在开卷机上。启动开卷机将钢带通过轧辊喂入卷取机上，并将钢带咬住。左右卷取机同时向反向开动，将钢带拉紧，产生一定拉力，即静张力。开动压下电击，将轧辊压下一定的压下量。开动主轧机进行第一道轧制。开动主轧机，同时发出补偿信号给左右卷取机。卷取机正转，开卷机反转，并与主传动保持同步，保持恒张力轧制。此时，卷取机工作在电动状态，开卷机工作在制动状态。当带钢尾端离开开卷机后主传动降速到喂料速度。带钢尾端离开轧辊后，卷取机及前部夹送棍应在120mm内停止，便于下一道次轧制不需人工喂料。轧制工艺对电气传动系统的要求（1）由于反复多道次轧制，要求传动系统可逆运转并且无级调速。（2）轧制过程中要保持轧制速度恒定，在加减速过程中要求加减速恒定，实现快速反向。（3）在轧制过程中要保持给定张力，误差不得超过8%。（4）开卷机与卷取机在轧制过程中应与主传动的线速度同步。（5）电气传动系统应有较高的静态精度，动态品质与抗扰性能。850轧机的主要工艺数据轧制速度1.26-15.58m/s主电机功率F2-F53000ACF6-F72500ACKW主电机转速（0/基速/最高速）F2-F50/250/600r/minF6-F70/280/620r/min液压AGC规格F2-F7（6）最大转矩700*2KN.m最大工作角度（负载时）1.719o最大倾斜角（空载时）4.5o最大转速292r/minF2联合减速箱主要技术性能表电机3000KW，250-500r/min过载能力过载1.15倍连续运行，1.5倍持续180s,5过载1.7倍时持续60s第一章设计内容及要求设计题目：850轧机主传动有环流可逆系统设计1.技术要求(一)性能指标要求：稳态指标：系统无静差动态指标：%5i；空载起动到额定转速时%10n。(二)给定电机及系统参数KWPN2800，VUN750，AIN4050，2，min50rnN，008.0aR电枢回路总电阻01212.0R电枢回路总电感mHL503.1电机飞轮惯量252102.6NmGD系统最大给定电压VUnm10ACR、ASR调节器限幅值调到为V8，2.设计内容及工作量1画出系统结构图，并简要说明工作原理。2根据给定电机参数，设计整流变压器，并计算变压器容量及副边相电压；选择晶闸管的参数并确定过流、过压保护元件参数。3分析触发电路及同步相位选择。4设计ACR、ASR并满足给定性能指标要求。5完成说明书，对构成系统的各环节分析时，应先画出本环节原理图，对照分析。6打印说明书（A4）7由于本系统额定电流较大，应考虑双并联12脉波全控三相桥整流电路（因计算参数较多，可不作为本次设计主选主电路，由同学自定）。3.系统概述在设计中直流调速可以满足工作机械的要求，而且采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，可在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，及分别计入转速6负反馈和电流负反馈。二者之间实行嵌套联接。图1-1转速、电流双闭环直流调速系统第二章系统方案选择1．直流电动机的调速方案的选择1.1直流电动机的调速方法有三种：（1）调节电枢供电电压U（2）改变电动机主磁通（3）改变电枢回路电阻R而综合实际情况考虑本设计中系统选择调节电枢供电电压U的方法来调速。1.2供电方案选择在本次设计中使用IGBT，所以不使用V-M调速系统，结合设计中可逆等要求，故选择目前使用较多的桥式可逆PWM变换器电路该电动机供电。桥式可逆PWM变换器1.3整流电路方案选择本设计采用三相桥式整流电路，又因为采用了桥式PWM控制电动机，所以采用三相不可控桥供电就可以满足要求，并且从经济角度考虑，也很适用。7三相桥式不可控整流电路2．主电路设计2.1桥式可逆PWM变换器的工作原理脉宽调制器的作用是：用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定宽度可变的脉冲电压序列，从而平均输出电压的大小，以调节电机转速。电动机M两端电压的极性随开关器件驱动电压的极性变化而变化。双极式控制可逆PWM变换器的四个驱动电压波形如下图所示。PWM变换器的驱动电压波形2.2主电路工作原理H桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的如下图所示。OOOOUg1Ug4Ug2Ug3UABUs-Usidid1id2tttttonTtonT8主电路主要环节是：整流电路、斩波电路及保护电路。2.3主电路中各器件的选择（1）电动机型号的选择：根据设计要求中电动机的参数，可以选择型号电动机F2-F5（2）IGBT的选择：因为Us=750V，取3倍裕量，选耐压为2300V以上的IGBT。由于IGBT是以最大值标注，且稳定电流与峰值电流间大致为4倍关系，故应选用大于4倍额定负载电流的IGBT为宜。（3）滤波电容选择0C一般根据放电时间常数计算，负载越大，要求纹波系数越小，电容量也越大。一般不作严格计算，多取F2000以上。因该系统负载不大，故取FC22000耐压按1.5×750=1125取1200V。即选用F2200、1200V电容器。同时电阻R选择几千欧的大电阻。（4）泵升电路参数的选择：泵升电路由一个电容量大的电解电容、一个电阻和一个VT组成。泵升电路中电解电容选取；电压U=750V；VT选取IRGPC50U型号的IGBT管；电阻选取R=20。9（5）续流二极管的选择：根据故同样选择大功率整流二极管ZP10A。(6)整流变压器计算与选择：一般情况下，整流装置所要求的交流供电电源与电网电压不一致，因此需要使用整流变压器。此外，整流变压器还可减小电网和整流装置的相互干扰。①2U的计算Ud=750V考虑占空比为%90则750/0.9=833V取202.1UU则8833/1.2=641V考虑%10裕量取U2=1.1×641=705V②一、二次电流计算取4050A变比380/705=0.54I1=I2/K=4050/0.54=7500A考虑空载电流取I1=1.05×7500=7875A③变压器容量计算S1=7875×380=2992500S2=750×4050=30375003015000srmUU)3~2(dcmII)2~5.1(10根据以上计算可以选择变压器的型号为XY-206A。第三章控制电路及驱动电路设计3.1控制电路根据IGBT的特点，本设计用脉宽调制（PWM）控制方式对开关管的占空比进行控制。采用的芯片是脉宽调制器SG3525。要改变输出脉冲PWM的占空比，只要改变调制信号Ur的电压大小即可实现。本设计电路中用SG3525产生的脉宽调制信号作为IGBT的驱动信号，其外围电路接线图见下图。3.1.1SG3525引脚各端子功能SG3525采用16端双列直插DIP封装，各端子功能介绍如下:1脚:INV.INPUT(反相输入端):误差放大器的反相输入端，该误差放大器的增益标称值为80db，其大小由反馈或输出负载来决定，输出负载可以是纯电阻，也可以是电阻性元件和电容元件的组合。该误差放大器共模输入电压范围是1.5V-5.2V。此端通常接到与电源输出电压相连接的电阻分压器上。负反馈控制时，将电源输出电压分压后与基准电压相比较。2脚:NI.INPUT(同相输入端):此端通常接到基准电压16脚的分压电阻上，取得2.5V的基准比较电压与INV.INPUT端的取样电压相比较。3脚:SYNC(同步端):为外同步用。需要多个芯片同步工作时，每个芯片有各自的震荡频率，可以分别他们的4脚和3脚相连，这时所有芯片的工作频率以最快的11芯片工作频率同步。也可以使单个芯片以外部时钟频率工作。4脚:OSC.OUTPUT(同步输出端):同步脉冲输出。作为多个芯片同步工作时使用。但几个芯片的工作频率不能相差太大，同步脉冲频率应比震荡频率低一些。如不需多个芯片同步工作时，3脚和4脚悬空。4脚输出频率为输出脉冲频率的2倍。输出锯齿波电压范围为0.6V到3.5V.5脚:Cr(震荡电容端):震荡电容一端接至5脚，另一端直接接至地端。其取值范围为0.001,uF到0.1uF。正常工作时，在Cr两端可以得到一个从0.6V到3.5V变化的锯齿波。6脚:Rr(震荡电阻端):震荡电阻一端接至6脚，另一端直接接至地端。Rr的阻值决定了内部恒流值对Cr充电。其取值范围为2K欧到150K欧Rr和Cr越大充电时间越长，反之则充电时间短。7脚:DISCHATGERD(放电端):Cr的放电由5.7两端的死区电阻决定。把充电和放电回路分开，有利与通过死区电阻来调节死区时间，使死区时间调节范围更宽。其取值范围为0欧到500欧。放电电阻RD和CT越大放电时间越长，反之则放电时间短。8脚:SOFTSTATR(软启动):比较器的反相端即软启动器控制