冷连轧机三机架直流调速系统的开发设计

简介：
本项目专注于冷连轧机三机架直流调速系统的设计与研发，旨在提升金属板材连续轧制过程中的精度和效率，推动钢铁工业的技术进步。 ### 三机架冷连轧机直流调速系统的设计 #### 一、绪论 在当前电气化时代背景下，电机的应用极为广泛，在工业生产和日常生活领域中尤为突出。直流电机因其独特的优势成为众多类型中的佼佼者，并被广泛应用到各种场景之中。针对直流电机的控制与测量方法的研究对于提高其控制精度、响应速度以及节能减排等方面具有重要意义。 电机调速问题是自动化领域的一个重要课题，不同的应用需求决定了采用不同类型的调速方案来满足特定的应用要求。本研究主要关注的是三机架冷连轧机的直流调速系统设计。该系统采用了逻辑无环流控制技术，并实现了速度和电流的双闭环控制。在设计方案的选择过程中，我们考虑了多种可能性并最终选择了最适合的设计方案。接下来我们将详细介绍控制系统各个模块的设计原理、参数计算以及组件选择等内容。 #### 二、直流调速系统的方案设计 ##### 2.1 设计技术指标 根据三机架冷连轧机的实际工艺需求，设计的技术指标需满足以下几点： 1. **轧机用途**：适用于紫铜和合金条材的轧制过程。从初始厚度为2.5-6mm的材料开始，最终将成品厚度控制在1.0-2.5mm之间。 2. **设备配置**：整个系统包括三个主要工作架、一个卷取装置、减速机以及对应的主电机和卷取电动机等组件。 3. **生产工艺要求**： - 从启动到给料速度，再达到规定速度，并随后制动回到给料速度，最终停止。 - 确保各机架的速度保持不变以维持一致的张力。 - 支持单个或多个工作架独立启动和停止的功能需求。 - 能够适应不同的轧制速度直至电机的最大运行值。 - 除了常规停机程序外，还需具备快速停车功能应对紧急情况。 - 在连续生产过程中保持卷取装置与第三个工作架之间材料张力的一致性。 - 材料断裂时能够自动限制卷取装置的速度防止损坏设备或产品。 4. **设计要求**：由于三个主要工作机架的主电机参数相同，因此只需设计一套控制系统。该控制系统的性能指标包括稳态无静差、电流超调量不超过5%，从空载状态加速至额定转速时速度超调量不超过10%。 5. **直流电动机参数**：标称功率为550kW；额定电压750V，额定电流780A；额定转速370r/min；电势常数为1.19V·min/r；电枢绕组电阻值为0.1Ω；飞轮惯量为783.5N·m²；允许的电流过载倍数是1.5。 ##### 2.2 现行方案讨论与比较 直流电机调速方法主要包括调节电枢供电电压、改变电动机主磁通和调整电枢回路电阻。其中，通过调节电枢供电电压实现平滑调速是最优的选择，因为它可以提供从额定值向下无级连续的调速能力，并且电流变化时间常数较小能够快速响应需求。然而这种方法需要一个大容量可变直流电源来支持。 相比之下改变磁通虽然也能达到类似效果但因电流变化的时间较长导致反应速度较慢；调整电枢回路电阻则简单易行，但是这种方案的调速平滑性较差且效率低不适合长时间运行在较低转速下工作。综合考虑各种因素后本设计选择了调节电枢供电电压作为主要调速方式，并采用晶闸管整流器提供可控直流电源。 ##### 2.3 晶闸管—电动机系统(V-M 系统) 晶闸管-电动机制动方案（V-M 系统）是现代直流调速系统中广泛应用的一种方法。通过调节触发装置的控制电压来改变晶闸管导通角，从而实现对直流电机平滑的速度调节能力。该技术具有结构简单易实施、动态性能优良等优点非常适合应用于三机架冷连轧机中的直流调速控制系统。 ### 总结 设计三机架冷连轧机的直流调速系统时需要综合考虑多种因素包括电机参数，生产工艺要求以及选择合适的调速方案。本研究通过对不同调速方法优缺点进行深入分析后决定采用晶闸管整流器调节电枢供电电压的方式来进行速度控制，并且详细介绍了控制系统的设计原理、参数计算和组件的选择等内容为实际工程应用提供了可靠的理论依据和技术支持。