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1、淮海工学院课程设计报告书 课程名称： 综合课程设计 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 20112012 第一学期 专业班级： 电气082班 姓 名： 王 冰 学 号： 030861219 评语：成绩：签名：日期：绪论综合课程设计是根据“电气工程及其自动化专业培养计划”而制定的，是电气工程及其自动化教学计划中的时间教训环节，也是可编程控制器及其应用、电力电子技术、电气控制装备与设备、工厂供电、交直流调速系统、计算机控制技术等专业理论学完之后的一次综合实践教学。培养独立分析问题，解决问题的能力；严肃、认真的科学态度。综合课程设计是电气工程及其自动化专业的学生在学完所有专业课以后的进行综合训练的
2、环节，通过这次课程设计，使我们了解一般电气控制系统、自动控制系统和计算机控制系统设计的过程、步骤、要求、工作内容及设计方法。训练我们综合运用专业课的能力，提高电气工程设计的能力。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，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。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。每个机架的上下轧锟共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧锟之间的速度实现协调控制。温度是工业对象中一个主要的被控参数，它是一种常见的过程变量，因为它直接影响燃烧、化学反应
3、、发酵、烘烤、煅烧、蒸馏、浓度、挤压成形，结晶以及空气流动等物理和化学过程。温度控制不好就可能引起生产安全，产品质量和产量等一系列问题。温度控制是许多设备的重要的构成部分，它的功能是将温度控制在所需要的温度范围内，以利于进行工件的加工与处理。一直以来，人们采用了各种方法来进行温度控制，都没有取得很好的控制效果。如今，随着以微机为核心的温度控制技术不断发展，用微机取代常规控制已成必然，因为它确保了生产过程的正常进行，提高了产品的数量与质量，减轻了工人的劳动强度以及节约了能源，并且能够使加热对象的温度按照某种指定规律变化。实践证明，用于工业生产中的炉温控制的微机控制系统具有高精度、功能强、经济性好
4、的特点，无论在提高产品质量还是产品数量，节约能源，还是改善劳动条件等方面都显示出无比的优越性。单片机具有集成度高，运算快速快，体积小、运行可靠，价值低廉，因此在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用电器以及网络技术等方面得到广泛应用，本文主要介绍单片机在炉温控制中的应用。1 绪论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。 (1)通过课程设计，使学生进一步巩固、深化和扩充在直流调速及相关课程方面的基本知识、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
5、。 （2）通过课程设计，让学生独立完成一项直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。 （3）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基础。 本次课程设计分为两大部分，分别是调速技术部分和计算机控制部分。2 调速技术部分2.1 题目名称 十机架连轧机分部传动直流调速系统的设计2.2 技术数据在冶金工业中，轧制过程是金属压力加工的一个主要工艺过程，连轧是一种可以提高劳动生产率和轧制质量的方法，连轧机则是冶金行业的大型设备。其主要特点是被轧
6、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。每个机架的上下轧辊共用一台电机实行集中拖动，不同机架采用不同电机实行部分传动，各机架轧辊之间的速度实现协调控制。 (1)电枢回路总电阻取；折合到电机轴上的总飞轮力矩,P极对数为1。 （2）其它末尽参数可参阅教材中“双闭环调速系统调节器的工程设计举例”的有关数据。 （3）要求：调速范围，静差率；稳态无静差，电流超调量，电流脉动系数；启动到额定转速时的转速退饱和超调量。（4）要求系统具有过流、过压、过载和缺相保护。（5）要求触发脉冲有故障封锁能力。（6）要求对拖动系统设置给定积分器。2.3 设计的内容2.3.1 调速的方案选
7、择（1）直流电动机的选择。本次课程设计采用Z2-52型直流电动机。（2）电动机供电方案的选择图2.1 三相桥式全控整流电路 直流调速系统主电路由三相-Y变压器接电网电压，变压器一次侧接成三角形能给三次谐波电流提供通路，减少高次谐波的影响。金属连轧过程对电机的要求较高，三相桥式全控整流电路直流侧脉动较小，波形畸变较小，用于电压控制要求高的场合，故选用该整流电路。三相桥式全控整流器电路（如图1）采用共阴极接法的三相半波（VT1、VT3、VT5）和共阳极接法的三相半波（VT4、VT6、VT2）的串联组合，由于共阴极组在正半周导电，流经变压器的是正向电流；共阳极组在负半周导电，流经变压器的是反向电流，
8、变压器绕组中没有直流磁通，提高了变压器的利用率，且元件利用率较好。 （3）系统的结构选择采用双闭环调速系统，可以近似在电机最大电流（转矩）受限的条件下，充分利用电机的允许过载能力，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又可以让电流迅速降低下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行，此时起动电流近似呈方形波，而转速近似是线性增长的，这是在最大电流（转矩）受到限制的条件下调速系统所能得到的最快的起动过程。采用转速电流双闭环调速系统，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接，这样就可以实现在起动过程中只有电流负反馈，而它和转速负反馈不同时加到一个调节器
9、的输入端，到达稳态转速后，只靠转速负反馈，不靠电流负反馈发挥主要的作用，这样就能够获得良好的静、动态性能。转速电流双闭环调速系统电气原理结构图如图2 所示。 图2.2 转速电流双闭环调速系统2.3.2 主电路的计算（1）整流变压器的计算整流变压器电压计算 整流变压器的一次侧与电网相连，该设计一次侧绕组为接法，则一次侧相电压等于电网线电压380V。整流变压器二次侧电压是一个重要的参数，选择过低就会无法保证输出额定电压。选择过大又会造成触发延迟角加大，功率因数变坏，整流元件的耐压升高，增加了装置的成本。与整流电路形式、电动机额定电压、晶闸管装置压降、最小控制角及电网电压波动系数有关，可按下式近似计
10、算 ，取。 三相全控桥式整流电路的计算系数，。其他参数，；取，则；。整流变压器电流计算整流变压器一次侧电流和二次侧电流与整流电路的形式、负载性质和电动机额定电流有关，根据三相桥式全控整流得二次侧电流 ；根据，得 考虑变压器自身的励磁电流，乘以系数得到。变压器容量的计算变压器一次、二次绕组相数一次容量：二次容量：平均电容： （2） 晶闸管的选择 正确选择晶闸管，能够使晶闸管装置在保证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和额定电流，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、控制角的大小等因素有关。考虑实际情况，系统应保留足够大裕量。 晶闸管实际承受的最大峰
11、值电压，乘以（23）倍的安全裕量，参照标准电压等级，即可确定晶闸管的额定电压，即。整流电路形式为三相全控桥，查表得，则 。(2)额定电流的选择，晶闸管是一种过载能力较小的元件，选择额定电流时，应留有足够的裕量，通常考虑选择1.52倍的安全裕量。 (3)晶闸管保护环节的计算晶闸管有换相方便，无噪音的优点。设计晶闸管电路除了正确的选择晶闸管的额定电压、额定电流等参数外，还必须采取必要的过电压、过电流保护措施。正确的保护是晶闸管装置能否可靠地正常运行的关键。 交流侧过电压保护措施图2.3 交流侧阻容吸收保护1） 阻容吸收保护：为了避免接通、断开交流侧电源时出现暂态过程而引起的过电压。图2.3的RC装
12、置为为Y姓接法。电容值 ， ； 式中S变压器容量（KVA）； U2变压器二次相电压有效值（V）； 变压器励磁电流百分数，对于10100KVA的变压器，一般为10%4%； 变压器的短路比，对于10100KVA的变压器，一般为5%10%。2） 压敏电阻保护压敏电阻的标称电压 式中 U压敏电阻两端正常工作电压有效值（V）。直流侧过电压保护：直流侧过电压保护可以用阻容或压敏电阻保护，但采用阻容保护容易影响系统的快速性，并造成加大，一般只用压敏电阻作过压保护。压敏电阻的标称电压，取230V。 晶闸管及整流二极管两端的过电压保护 为了抑制晶闸管的关断过电压，通常采用在晶闸管两端并联阻容保护电路的方法，阻容
13、保护元件参数可以根据查经验数据表得到。表1.1 阻容保护的原件参数晶闸管额定电流102050100200500100电容（uf）0.10.150.20.250.511电阻（）1008040201052过电流保护 快速熔断器是最简单有效的过电流保护器件，与普通熔断器相比，具有快速熔断的特性，在发生短路后，熔断时间小于20毫秒，能保证在晶闸管损坏之前自身熔断，避免过电流损坏晶闸管，图1.3接法对过电流保护最有效。图2.4 快速熔断器的安装方法电压和电流上升率的限制 不同规格的晶闸管对最大的电压上升率及电流上升率有相应的规定，当超过其规定的值时，会使晶闸管误导通。限制电压及电流变化率的方法有 A交流
14、进线电抗器限制措施，交流进线电抗器LB的计算公式为 LB=8.96H式中 交流器输出额定电流IdN，电源频率f变压器二次相电压U2B在桥臂上串联空心电感，电感值取2030H为宜。C在功率较大或频率较高的逆变电路中，接入桥臂电感后，会使换流时间增长，影响正常工作，而经常采用将几只铁氧磁环套在桥臂导线上，使桥臂电感在小电流时磁环不饱和，电感量大，达到限制电压上升率和电流上升率的目的，还可以缩短晶闸管的关断时间。（4）平波电抗器的计算晶闸管整流器的输出直流电压是脉动的，为了限制整流电流的脉动、保持电流连续，常在整流器的直流输出侧接入带有气隙的电抗器，称作平波电抗器。1)电动机电枢电感式中为计算系数，对于一般无补偿绕组电动机取812，磁极对数
