三机架冷连轧机直流调速系统的设计
①、双闭环系统结构，采用微机控制；②、全数字电路，实现脉冲触发、转
速给定和检测；③、采用数字PI算法，由软件实现转速、电流调节。
2.5.3 模数混合控制系统
图2-14 模数混合控制系统
数模混合控制系统特点：
①、转速采用模拟调节器，也可采用数字调节器；②、电流调节器采用数字调节器；③、脉冲触发装置则采用模拟电路。 方案选择：
采用模拟式实现方式物理概念清晰，因而在此次设计中选用此方式。
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第三章 调速系统结构的设计
3.1 系统总体概述
根据三机架冷连轧机直流调速系统设计的要求，采用如下设计方案。系统原理图如图3.1.1所示。采用晶闸管—电动机调速系统，即V-M系统
本设计中采用V-M系统，V是晶闸管可控整流器，它可以是单相、三相或多相的，半波、全波，及半控、全控等类型，通过调节器触发装置GT的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压Ud，从而实现平滑调速。即采用调压调速的方式，以实现无极基速以下调速。
晶闸管—电动机调速系统是在控制作用时间毫秒级的，完全满足系统动态性能要求；而且其技术较成熟，成套设备多，成本较低，设计使用相对容易。详细设计如下。
3.2 主电路设计
主电路的稳定安全运行直接影响整个系统的性能，为了保证连轧机的快速停车功能，，必须将整个系统设计成可逆的调速系统，常常采用两组反并联的晶闸管装置，由正组提供电动运行所需的整流供电，反组只提供逆变制动。这时，两组晶闸管装置的容量大小可以不同，反组只在短时间给电动机提供制动电流，并不提供稳态运行的电流，实际采用的容量可以小一些。其实现方式如图3.2.1所示。
图3.2.1 主电路框图
对于系统的供电，可将无穷大电网电压经三相变压器变为220V，再通过一系列熔断器等保护措施，输入给桥式整流电路，进而给直流电机和其他装置供电。 变压器绕组采用?/Y接发，具体方法见主电路变压器的参数计算。
主电路的保护措施尤为重要，设计多重保护电路成为必要。电路如图3.2.2所示。
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图3.2.2 系统供电框图
在起动开关电路里面设置自锁回路和快速熔断器，在控制电路中发现电流过大，这可使主电路常闭开关KM跳开而保护整个系统，当KM跳开失败后，由于电流过大，一段时间后快速熔断器受热而熔断使得电路跳开，从而避免烧坏电机等设备。上面框图中起动开关KM部分电路图如图3.2.3所示。
图3.2.3 起动开关电路图
3.2.1 整流变压器的选择 1、阀侧相电压
变流变压器是直流调速系统中一种关键设备，其阀侧相电压IrN?选择的是否适合又是一个影响系统性能的重要因素。电压选的过高，将会使变压器的容量不必要的加大而造成浪费，还会增加运行中的无功功率，增加电网负担。但若电压选的过低，将影响系统的工作性能或使电动机的最高转速达不到设计的要求。通常在计算Uv?时主要考虑以下三个因素：
（1） 电网电压的波动。一般要按规定允许的最低电网电压来考虑； （2） 电流变化时产生的压降。一般，要按最大工作电流来考虑；
（3） 为了防止晶闸管装置在逆变状态工作中逆变角β太小而导致换流失
败，出现“逆变颠覆”现象，必须合理选择最小逆变角，形成最小逆
变角?min保护；与此同时，对α角也实施?min保护，以免出现α<β而产生直流平均环流（在后面的逻辑无环流将详细介绍）。通常取
?min=?min=30°，其值视晶闸管器件的阻断时间而定。
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当采用三相桥式整流电路并将系统设计为可逆调速系统时，一般可按下述公式来估算：
不可逆调速系统：Uv??(0.95~1.0Unom)可（3-2）
式中，Unom为电动机额定电压 则U2?Uv??1.1Unom取U2=480V
2、阀侧相电流
交流变压器阀侧相电流Iv?可按下式计算
3?1.1?7503?476.3V
（3-1） 3 ：
逆调速系统
Uv??(1U.n0 1o5m~Iv??KIVInom(A)
其中KIV=0.816（三相桥式） 则Iv?=0.816×780=636.48A
由于是三相桥式整流，电路中二次侧没有直流分量，所以一次侧与二次侧的
功率可认为相同，不需要对变压器的容量进行扩大，变压器的利用率在此种情况下比较的高。
变压器容量：S?3Iv?Uv??3?636.48?480?916.53kVA 取S=1000KV·A
3.2.2 整流电路晶闸管的选择
1、重复峰值电压UDRM和反向重复峰值电压URRM
断态重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压，国际规定重复频率为50Hz，每次持续时间不超过10ms。
反向重复峰值电压是在门极断路而结温为额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。
通态峰值电压是晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均电流时的瞬态峰值电压。
通常取晶闸管的断态重复峰值电压和反向重复峰值电压中较小的标值作为该器件的额定电压，选用时，额定电压要有一定裕量。一般取额定电压为正常工作时晶闸管所承受峰值电压的2~3倍。
由于采用三相桥式整流电路，所以晶闸管承受的最大反向电压：
URM?6U2?6?480?1176V
晶闸管承受的最大正向电压：
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UFM?2U2?2?480?678.8V
则考虑安全裕量，电压定额为：（2~3）UFM=1357.6~2036.4V
取晶闸管的电压为2000V。 2、额定通态平均电流
国际规定通态平均电流为晶闸管在环境温度为40摄氏度和规定的冷却状态下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。这个参数是按照正向电流造成的器件本身的通态 的发热效应来定义的，因此在使用时同样应按照实际波形的电流与通态平均电流所造成的发热效应相等，即有效值相等的原则来选取晶闸管的此项电流定额，并留有一定的裕量。一般取其通态平均电流为按此原则所得计算结果的1.5~2倍。
对于三相桥式整流电路，流过晶闸管的电流有效值为：
IVT?I122780Inom???nom??450.3A 2?333当整流电路的电感足够大，整流电流连续时，对三相桥式整流电路，晶闸管
额定电路为：
I450.3IVT(AV)?VT??286.8A
1.571.57 再考虑安全裕量，其定额为：
IVT(AV)?(1.5~2)?286.8?430.2~573.6A
取550A。
3.2.3 整流晶闸管的保护 一、过电压保护
过电压分为外因过电压和内因过电压两类。外因过电压主要分为操作过电压和雷击过电压；对于晶闸管的而言，内因过电压主要指换相过电压。
抑制过电压的措施主要有1、在电网侧安装避雷器；2、变压器上增加静电屏蔽层；3、装设抑制阀侧浪涌过电压的RC电路；4、装设压敏电阻过电压抑制器；5、装设阀器件换相过电压抑制用的RC电路；6、装设阀器件关断过电压抑制用的RCD电路等。
RC过电压抑制电路可接于供电变压器的两侧（通常供电网一侧称网侧，电力电子电路一侧称为阀侧），或电力电子电路的直流侧。对大容量的电力电子装置，可采用反向阻断式RC电路。 二、过电流保护
过电流分为过载和短路两种情况，采用快速熔断器和过电流继电器是较常用的措施。快速熔断器仅作为短路时的部分区段的保护，直流快速断路器整定在电子电路动作之后实现保护，过电流继电器整定在过载时动作。
采用快速熔断器是电力电子装置中最有效、应用最广的一种过电流保护措施。在选择快熔时应考虑“
1、电压等级应根据熔断后快熔实际承受的电压来确定；
2、电流容量应按其在主电路中的接入方式和主电路连结形式确定。
223、快熔的It值应小于被保护器件的允许It值。
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