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20辊可逆冷轧机主传动控制系统的研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 可逆冷轧机工艺简介

1.3 轧机主传动系统发展历程

1.4 交流变频调速技术研究现状

1.5 本文的主要研究内容

2 主传动电气控制方案的确定

2.1 主传动系统的基本组成

2.2 主传动变压器基本类型的确定

2.3 主传动交-直-交变频器的组成

2.4 主传动电动机基本类型的确定

2.5 本章小结

3 主传动交-直-交变频器关键技术研究

3.1 功率元件

3.2 主动前端整流单元

3.2.1 AFE数学模型

3.2.2 控制策略

3.3 三电平中性点箝位逆变单元

3.3.1 NPC理论分析

3.3.2 控制策略

3.4 高性能控制系统

3.5 本章小结

4 核心设备的选型与安装

4.1 核心设备的选型

4.1.1 主传动变压器参数计算及型号确定

4.1.2 主传动变频器型号选择

4.1.3 主传动电动机

4.2 硬件设备安装

4.2.1 环境条件

4.2.2 净空和安装尺寸

4.2.3 电气安装

4.3 本章小结

5 系统调试与运行

5.1 系统调试

5.2 系统运行

5.3 保护和故障报警

5.4 维护和安全

5.5 系统运行效果分析

5.6 本章小结

结论

参考文献

致谢

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摘要

随着钢铁工业的发展,钢坯重量的增加、轧制速度的提高以及主电动机功率的增大,国内外轧钢机主传动系统都曾发生过严重损坏事故。损坏的主要原因之一是主传动控制系统出现问题。轧机主传动控制系统的性能优劣直接影响到生产效率和产品质量,因此世界工业发达国家都投入了大量人力物力对轧机主传动控制系统进行研究。本文以鞍钢高性能硅钢工程20辊可逆冷轧机的工程设计为研究平台,从电气设计的角度对20辊可逆冷轧机主传动系统进行分析研究。
  主传动控制系统设计是一个比较复杂的问题,可以有许多不同的传动方案,传动方案的优化是进一步设计的前提,直接影响着设计结果。所以本文首先对主传动电气控制方案进行反复研究比较,最终确定了交-直-交公共直流母线脉冲脉宽调制(PWM)全数字矢量控制变频调速系统方案,选择了CONVERTEAM公司的ALSPA MV7000系列中压变频器,主传动变压器采用树脂绝缘干式整流变压器,主传动电动机采用笼式异步交流电动机。
  在深入学习控制工程理论的基础上,研究主传动系统的组成,完成了交-直-交变频调速系统方案的设计,对主传动控制系统的关键技术进行了重点阐述:采用IEGT大功率元件,确保变频器具有更高的可靠性;采用主动前端整流单元,确保变频器网侧电流为谐波很少的正弦波,且功率因数接近于1;采用三电平中性点箝位逆变单元,保证输出优越的电动机电压波形,使电动机电流包含更低的谐波电流;采用高性能控制器,配置了矢量控制软件,以实现高性能的PWM矢量控制计算、确保变频器的安全性。
  基于以上的理论研究完成了主传动变压器参数计算及型号确定;完成了主传动变频器的型号选择;完成了主传动电动机的设计。然后进行了硬件设备的安装和控制系统的调试和完善。
  鞍钢高性能硅钢工程20辊可逆冷轧机自调试运行后,轧制出的产品板型好、尺寸精度高、技术性能指标达均到了设计要求。该主传动控制系统在运行中具有稳定可靠、控制精度高、操作方便、维修简单等特点,验证了本文设计的正确性和可行性。实践证明在未来的冷轧生产线主传动变频装置中,交-交变频调速方式日趋被交-直-交变频调速方式所取代。

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