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1、轧钢辊道电气传动系统设计摘要辊道作为轧钢厂必不可少的设备，其数量多、占地面积广，贯穿整个轧钢厂的生产线。在轧钢车间辊道是运送必不可少的设备，它作用于车间整个生产线，占工厂设备总重量的很大的比重，在很大程度上决定着轧钢车间的生产效率和整个轧制工艺过程的是否连续，而且轧钢机前后的辊道运转情况还直接影响轧钢机的产量的大小。早期的辊道的调速系统是采用直流调速方式，本文介绍了该系统存在的系列问题和具体将其改造成变频调速系统，介绍了变频调速的优点，在钢铁生产中变频调速起着举足轻重的作用关系着生产命脉，关乎着操作者的安全和产品的质量。传统的辊道采用集体传动方式，需要链条和变速箱，造价高维护不方便，也不利于对
2、生产线的改造。本文所采用的式单独传动方式：一台电机控制一台辊子，利用变频器制动，调速。大大节约了成本，同时采用变频调速系统能够大幅节能，并且调速快捷，调速精度高。本文具体介绍了如何选择辊道电动机，选择变频器的方法，和对制动方式的考量。关键字：辊道电机，变频器，传动方式，变频调速SummaryRoller essential as rolling mill equipment, its quantity, wide footprint, throughout the rolling mill production line. In the steel rolling workshop rolle
3、r essential equipment is shipped, which acts on the entire production line workshop, plant and equipment accounts for a large proportion of the total weight, largely determine the productivity and the entire rolling process of rolling plant whether continuous, and roller mill functioning before and
4、after the rolling mill also directly affect the size of the yield. Early roller speed control system is the use of a DC speed control, this paper describes a series of problems exist in the system and to transform it into a specific frequency control system, describes the benefits of frequency contr
5、ol, frequency control in steel production It plays an important role in the relationship between the production lifeline, about the quality of operator safety and product. Traditional roller a collective drive mode, you need a chain and gearbox, high maintenance cost is inconvenient, is not conduciv
6、e to the transformation of the production line. Type single drive used herein: a motor to control a roller, use the inverter brake, speed. Significant cost savings, while the use of frequency control system can significantly saving and fast speed, high-speed precision. This article describes how to
7、select the specific roller motor, select the drive, and a method for braking mode considerations.Keywords: roller motor, inverter, transmission mode, frequency control 目录轧钢辊道电气传动系统设计I摘要ISummaryII1绪论11.1辊道输送机11.2 辊道输送在轧钢生产中的作用及其发展情况21.3本文设计目标32 辊道变频调速系统52.1变频器概述52.2变频器的分类和组成52.3 变频器的选择82.4 变频器参数设置92.
8、5系统的传动方式123辊道电机的选型143.1 YZR系列辊道电机143.2 电动机初步的选择173.3 电动机验算184电机制动204.1 变频器制动204.2制动电阻的选择224.3变频控制方式的选择234.4系统主电路设计244.5变频器外围接口电路设计29结论31致谢32参考文献331绪论1.1辊道输送机 常用于水平的或向上微斜的输送线路。驱动装置将动力传给辊子，使其旋转，通过辊子表面与输送物品表面间的摩擦力输送物品。按驱动方式有单独驱动与成组驱动之分。前者的每个辊子都配有单独的驱动装置，以便于拆卸。后者是若干辊子作为一组，由一个驱动装置驱动，以降低设备造价。成组驱动的传动方式有齿轮传
9、动、链传动和带传动。动力式辊子输送机一般用交流电动机驱动，根据需要亦可用双速电动机和液压马达驱动。具有结构简单、运行可靠、维护方便、可输送高温物品、节能等特点，适合于运送成件物品。辊子输送机分动力型和无动力型，可以实现直线、曲线、水平、倾斜运行，并能完成分流、合流等要求，实现物品在机上加工、装配、试验、包装、挑选等工艺。结构形式：从驱动形式上分为有动力、无动力、电动滚筒等，按布局形式分为水平输送，倾斜输送和转弯输送。尺寸规格：滚筒输送机内宽度由客户指定，可按客户需求制作，转弯滚线标准转弯内半径为300、600、900、1200mm等，也可按客户需求采用其它特殊规格。直段滚筒所用的滚筒直 径有3
10、8、50、60、76、89mm等。转弯滚筒的锥度我们会根据输送物体的重量、外形尺寸、线速度等来设计。传动方式：单链轮、双链轮、O型皮带、平面摩擦传动带、同步带等。调速方式：变频调速，无级变速等。在本文选用变频调速方式，可以用PLC控制。 1.2 辊道输送在轧钢生产中的作用及其发展情况在轧钢车间辊道是运送轧件必不可缺少的设备，它作用于车间整个生产作业线，占车间设备总重量的20% - 30%（有的车间甚至达到40% - 60%），在很大程度上关系着轧钢车间的生产率和整个轧制工艺流程的连续性，而且轧钢机前后的辊道运转情况还直接影响轧钢机的产量。对于轧钢辊道，各种规格辊子参数作用如下：直径用途600装
11、甲板轧机和板坯机的工作辊道500板坯机，大型初轧机和厚板轧机的工作辊道450初轧机的工作辊道400小型初轧机和轨梁轧机的工作辊道板坯机和大型初轧机的运输辊道350中板轧机的工作辊道，初轧机和轨梁轧机的运输辊道300中型轧机和薄板轧机的工作辊道和输入辊道250小型轧机的输入辊道，中型轧机和薄板轧的输出辊道200小型轧机冷床处理的辊道表1辊子直径表辊道输送机的发展 1) 近年来，辊道输送技术取得巨大进步，主要表现在生产率显著提高。 2) 辊子规格范围增大，使用领域增多。 3) 运输效率有所提高4) 驱动方式成熟，工作稳定，使用变频调速方式大幅节能降低生产成本。 1.3本文设计目标设计一条出炉辊道其
12、作用是将加热好的钢坯往轧机方向输送，轧机速度1.36m/s，传动方式为17个辊子单独传动，行程为24 m，运输钢坯规格150x 150xl200mm运输钢坯单重2055 kg。近年来，轧钢工作辊道由集体传动形式转变为单独传动形式，就是由一台电动机带动一个工作辊，这样就不用担心传统辊道的机械设备维护，主要对辊子和电机维护即可，投资小能耗低。所以本文也选取这种传动方式来进行设计。通过变频调速方式通过PLC进行控制。图1轧钢辊道直流传动系统存在的问题：直流传动系统采用继电器进行控制,故障率高,且无法通过计算机终控系统对电机的运行状态进行实时监控;出炉辊道最重承载钢坯重量达30,属于重载起制动,原直流
13、传动系统在起动及制动的过程中能耗巨大;由于棍道的磨损,使得辊子受力不均,从而导致部分电机经常出现过流的情况,造成电机故障率的增加;该直流电机调速系统结构复杂,容易发生故障且难以确定造成故障的原因,这使得该系统的维护工作量大且维护成本高。 CP:- 点-到-点- PROFIBUS- 工业以太网2 辊道变频调速系统2.1变频器概述变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部I
14、GBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。2.2变频器的分类和组成变频器分为： 1 交-交型 输入是交流，输出也是交流 将工频交流电直接转换成频率、电压均可控制的交流，又称 直接式变频器2 交直-交型 输入是交流，变成直流 再变成交流输出将工频交流电通过整流变成直流电，然后再把直流电变成频率、电压、均可控的交流电又称为间接变频器。多数情况都是交直交型的变频器。变频器的组成：由主电路和控制电路组成，主电路由整流
15、器、中间直流环节、逆变图2.1变频器(1)整流电路一般的三相变频器的整流电路由三相全波整流桥组成。它的主要作用是对工频的外部交流电源进行整流，并给逆变电路和控制电路提供所需要的直流电源。(2)逆变电路:逆变电路作用是通过逆变器中主开关器件的有规律地通与断，从而得到可变电压、频率的交流电输出。常用的开关器件有绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、电力场效应晶体管(MOSFET)、电力晶体管(GTR)、门极关断(GTO)晶闸管以及等。几种开关器件的结构如图3.2所示。在以前逆变器中，所采用的电力电子器件主要是晶闸管，其开关频率较低，调速系统的控制方式在当时主要是调压与调频分别控制，即相控整流器控制输出电
16、压的幅值，逆变器开关频率控制决定输出电压的频率，这种调压、调频分别控制方式量简单，易于调整，但有许多缺点:调速系统功率因数差，转矩脉动大，动态响应慢等。近年来，随着电力电子技术的发展，具有自关断能力的元件如大功率晶体管GTR和门极可关断晶间管GTO开始得到广泛应用，产生了一种新型的调压一调频综合控制技术一脉宽调制技术及相应的PWM逆变器。现在的SPW逆变器，均是以工GBT为开关器件。工GBT融合了GTR与MOSFET的优点，具有容量大开关频率高等特点，工GBT的平均开关频率能够达到20kHz左右。SPWM逆变器，能够同时完成调压和调频的任务。SPWM逆变器所采用的SPWM(Sinusoidal
17、 Pulse width Modulation)方式，采用参考正弦电压波与载频三角波互相比较，决定主开关的导通时间来实现调压，利用脉冲宽度的改变来得到幅值不同的正弦基波电压。脉宽调制型变频器不仅可以把调压和调频的功能集于一身，而且还因采用不可控整流，简化了整流装置，降低了整流器的造价，同时还改善了系统的功率因数，特别是通过采用适当的调制方法可以使变频器输出电压中谐波分量，尤其是低次谐波显著减少，从而使异步电动机的技术性能指标得到了大幅度地改善。图2.2逆变电路(3)中间直流环节由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，无论电动机处于电动或发电制动状态，其功率因数总不会为1，因此，在中间直流环
18、节与电动机之间总会有无功功率的交换，这种无功能量要靠中间直流环节的储能元件(电容器或电抗器)来缓冲。如果中间储能元件，采用大容量的电容并联在直流环节上，由于电容两端的电压不能突变，因此，直流环节的电压比较稳定，相当于恒压源。如果中间储能元件改为一个大的串联电感，那么直流部分就相当于一个恒流源。根据中间电路储能元件的不同，可分为电压源型变频器和电流源型变频器。(4)制动电路一般的电压源型交一直一交变频器为不可逆变频器，即变频器正常运行为两象限运转，电源只向异步电动机输出功率。对于减速时需要制动力的负载，功率会从异步电动机向逆变器回流，此时变频器需附加一套制动电路，以实现电机II IV象限制动，制
19、动电路采用制动电阻的形式，当异步电动机工作在制动发电状态时(转差率为负)，将产生再生能量，再生能量存与变频器平滑回路电容器中，使平滑回路中直流电压升高，当电压升高到一定值时，控制电路使制动部分的晶体管导通，再生能源流入电阻器被消耗掉。再生能量较大时，控制单元和电阻单元将分别设置。对于需要急加减速度，并且加减速度频繁的场合，或对于制动为主要目的场合，需采用可逆变频器，实现电动机的四象限运行，即双向电动和能量回馈制动运行，这种逆变器可以将电机的再生能源反馈回电网。实际上由于变频器的整流为高频非线性，因此会产生高次谐波，使电网的电压和电流波形发生畸变，对电网造成污染，因此需要一些附件来处理。(5)
20、控制电路控制电路常由运算电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路和驱动电路等组成。其主要任务是接受各种信号，进行基本运算，输出计算结果，完成对逆变电路的开关控制对整流器的电压控制(可控型)以及完成各种保护功能等。控制方法可以采用模拟控制或数字控制，采用尽可能简单的硬件电路，主要靠软件来完成各种功能。由于软件的灵活性，数字控制方式常可以完成模拟控制方式难以完成的功能。2.3 变频器的选择通用变频器的选择包括通用变频器的型式选择和容量选择两个方面，选择的原则是：首先其功能特性能保证可靠地事项工艺要求，其次是获得较好的性能价格比。通用变频器类型的选择要根据负载特性进行。对于风机、泵类等平方转矩，低速
21、下负载转矩较小，通常可选择专用或普通功能型通用变频器。对于恒转矩类负载或有较高静态转速精度要求的机械应选用具有转矩控制功能的高功能型通用变频器，这种通用变频器低速转矩、静态机械特性硬度大，不怕负载冲击，具有挖土机特性。为了实现大调速比的恒转矩调速，常采用加大通用变频器容量的办法。对于要求精度高、动态性能好、速度响应快的生产机械（如造纸机械、注塑机、轧钢机等），应采用矢量控制或直接转矩控制型通用变频器。本文通过以下方面选择：电机的规格指标参数：变频器在使用过程中带动的是电机，所以，变频器的选型可以从电机的角度来选择型号、规格。那首先，我们就必须先了解电机的各项规格指标参数。每台电机都有它自己出厂
22、的铭牌，从铭牌上，我们不难找到电机的各项参数。这些参数中，我们需要了解的主要参数有：电机的额定电压、额定电流、额定频率、额定转速等。电机的额定电压：电机的额定电压一般有110V、220V、380V、690V、1140V、6kV等。电机的额定电流：电机的额定电流根据电机的功率不同而不同。选择变频器时，变频器的额定电流应大于或等于电机的额定电流，特殊情况应将变频器功率档次放大一档。电机的额定频率：普通电机的额定频率一般是5060Hz，高速电机有10003000Hz等。CH_100系列可满足0600Hz电机的需要，如需更高频率，请选用CH_150系列变频器。电机的额定转速：电机有分为2极、4极、6极
23、、8极等，极数越高，转速越低，同功率电流也越大。我们一般用的电机的额定转速是1500 rpm对应4极电机。变频器也是根据4极电机来设计的。2极对应3000 rpm、6极对应960 rpm、8极对应720 rpm左右。2.4 变频器参数设置由公式n=n1(1-s)(1) N1=60f/p(2) 通过变频器对电机进行调速参数作用P00031P00101 P01000 P02050 恒转矩P03001异步电动机P0304电机额定电压P0305电机额定电流P0307电机额定功率P0308电机额定功率因数P0310电机额定频率P0311电机额定转速P0335电机冷却：0，自冷；1，强冷；2，自冷，内置风
24、机。P0640220%230%（电机的过载因子）P0700选择命令源：0，工厂设置；1，操作面板（BOP）；2，端子 （数 字输入）P1000选择频率设定值：1，电位计（MOP）；2，模拟设定值；3， 固有频率。注：如果需要频率保持无级调速，即能保持在任一频率下运行，则选1，如果不需要保持频率，即有档位控制，则选3（一般双梁车选用）P1080电机最小频率P1082电机最大频率P1120斜坡上升时间P1121斜坡下降时间P1135OFF3的斜坡下降时间P1300控制方式：大小车选0，线性V/F控制；20，无传感器矢量控制；21，带传感器矢量控制P1500转矩设定选择：0，无主设定值P1910自动
25、检测电动机参数注：当P1910=1时，报警码A0541闪烁（激活）电动机数据自动检测参数，大约需要5min。P3900结束快速调试，进行电动机计算，但不进行I/O复位此时，变频器显示busy，结束时，按ON启动电动机，此时，电动机发出声响，但并不转动。当变频器停止运转时，出现P3900，快速调试结束，变频器进入“运行准备就绪状态。”如果有超速的情况发生，需要设置P1910=3，在弱磁的情况下再次辨识电机（启动ON,等。）P07002P070117（15）P070217P070317P07049（故障复位）P07051（正）P07062（反）P073152.7 (52.3)（变频器故障）P073
26、252.2 (52.C)（电机抱闸投入，此时制动器接触器吸合）P10015Hz（一挡）P100210Hz（二挡）P100330HzP100450HzP1005P1015各挡频率设定P10320：不可以反转，1：可以反转P1215抱闸制动使能，此时制动器接触器从新释放P1216抱闸制动释放的延时时间P1217斜坡曲线结束后的抱闸时间P12374或5P12400 (禁止直流电压控制器)P1310150%P131250%100%表2.1参数表如果用矢量控制，请设定：47、P1610 80%150%48、P1611 50%150%当出现异常情况时，P1610、P1611可适当减小。当系统中存在编码器时
27、，先在无传感器（P1300=20）的情况下运行，运行正常后，设置：(拨码开关的位置为：101010)（将18V与LK连接起来）R0400=2,P0408=编码器的脉冲数然后将P0492和P0494的值调高。（增加编码器反馈信号消失的门极限） 观察r0061(编码器反馈的转子速度)的值正常后，设置P1300=21如需变频器复位，则设定P0010=30，P0970=1，按下“P”键，复位过程需要3min调试完成后可以通过变频器操作面板进行试车并运行。2.5系统的传动方式辊道的结构和传动方式与工作状态、负荷情况、环境状况及生产要求等有关。辊道的结构和传动方式不仅关系到设备的使用性和可靠性，而且对生产
28、效率和产品质量有直接影响。1一电动机;2一联轴器;3一轴承座;4一侧导板;5一辊了;6一冷却水管;7一辊道架;8一底座;9一快谏更换块图2.2传统辊道结构辊道的传动方式分为集体传动和单独传动：辊道集体传动是由1台电动机传动1组辊子，具有相对电机容量小、电控装置少、防止轧件打滑性能好等优点，但传动机构复杂、占地面积多、设备质量大。集体传动辊道的分配机构主要有圆锥齿轮箱和圆柱齿轮箱两种，其分配机构与辊子的连接方式又有直接相连的传统式和分配机构与辊道电机之间通过联轴器连接的改进型。热轧带钢厂的集体传动辊道通常用于板坯上料辊道、粗轧机区工作辊道。辊道单独传动是由1台电动机传动1个根辊子，具有传动机构简
29、单、设备质量轻、占地面积少，布置灵活等优点，但相对电机容量大、电控设备多。热轧带钢厂的单独传动辊道通常用于出炉辊道、粗轧机区延伸辊道、中间辊道、输出辊道和特殊辊道，其传动方式主要有带减速机和不带减速机两种。近年来，随着电机性能的提高，尤其是辊道结构有利于侧导板布置，单独传动辊道也逐渐用粗轧机工作辊道。 1一辊道;2一联轴器;3一电动机图2.2单独传动辊道 3辊道电机的选型3.1 YZR系列辊道电机YZR系列冶金及起重用三相异步电动机（以下称电动机）常用于各种型式的起重机械及冶金辅助设备的电力传动，转子为绕线式，其特点是经常起动、制动和反转，负载大小和方向经常变化，因此电动机设计本身都具有较高的
30、机械强度，以适应机械振动和冲击。为了减少启动和停车时的惯性，转子做得比较细长。目前YZR系列电动机主要分F级绝缘和H级绝缘两种。YZR系列电动机的工作定额分为短时定额及断续周期性定额，电动机以S3 40%为基准工作制，起动等级指每小时最大允许的等效起动次数，起动等级分为6、150、300及600次/小时，其中点动一次（终了时电动机的转速不大于其额定转速的25%）相当于1/4次起动，电制动（制动到额定转速的1/3）一次相当于0.8次起动YZR系列电动机起动通常采用串电阻起动和频敏变阻器起动两种方法。过流保护的整定值通常是电动机额定电流的2.25倍。实际使用当中，由于机械故障或负载方面原因，有时会
31、超过2.25倍（尤其是频敏变阻器起动）。图3.1电机实物电动机的绝缘等级分为F级和H级两种。F级适用于冷却介质温度不超过40的一般场所；H级适用于冷却温度不超过60的冶金场所，电动机具有良好的密封性，用于一般场所的电动机防护等级为IP44，用于冶金场所的电动机防护等级为IP54。YZR系列为绕线转子三相异步电动，YZ系列为鼠笼转子三相异步电动机。图3.2电机接线图图3.3电机外部结构型号额定功率(KW)额定电压(V)额定电流(A)功率 因数 (cos)转子电流(A) 转子开路电压(V) YZR-112M-61.53804.60.78109100YZR-132M1-62.25.90.7711.5
32、130YZR-132M2-63.79.20.7913.6180YZR-160M1-65.514.70.7427.9139YZR-160M2-67.5180.826.4185YZR-160L-61124.60.8128249YZR-180L-615330.843.5216YZR-200L-622200YZR-225M-630620.8474251YZR-250M1-637700.8891.5249YZR-250M2-645850.8995290YZR-280S-6551030.9121.5278YZR-280M-675370YZR-160L-87.519.20.7523.4206YZR-180L
33、-811260.7941.2172YZR-200L-81533.30.7953.4178YZR-225M-82246.70.8259232YZR-250M1-830275YZR-250M2-837760.8369328YZR-280S-845305YZR-280M-8551100.8492360表3.1电机参数表3.2 电动机初步的选择根据第一章选取辊子直径d=300mm,辊身长度l=b+=150+300=450mm辊距p=24/16=1500mm （3-1） 符号名称数值DRQrC辊身直径辊身半径辊劲轴承摩擦系数轧件在辊子上打滑的摩擦系数轧件在辊子上滚动的摩擦系数一台电动机带动辊子重量和轧件
34、重量一台电动机承担运输轧件的重量辊劲半径一台电机带动辊子飞轮力矩和运输钢材的行程0.3m0.150.0050.30.00155072055KG=616.5kg0.066m24m表3.2系统参数表 带入计算 M=33.85 （3-2）所以选择辊道变频电机YZR132M2-6,电流12.9A，功率4kw,n=900r/min，变频器功率：，本设计选用西门子MM440变频器(80kw)。3.3 电动机验算确定减速比： （3-3）空转效率： （3-4）电机轴上的空转力矩： （3-5)运输钢材时的力矩： (3-6) 打滑力矩 (3-7)辊道传动系统飞轮矩之和： (3-8)启动力矩： (3-9)制动力矩：
35、 (3-10) (3-11)式中：Me为负载持续率 25%时的额定力矩。 因为 M25Me，则根据上述验算，初选的辊道电机 YZR132M26 是合适的。 4电机制动4.1 变频器制动在采用变频器对c辊道的异步电动机进行调速控制时，在制动过程中，由于同步转速低于电动机的实际转速，异步电动机变成为异步发电机，负载的动能转换成为电动机的电能被反馈给电动机。此时系统中的电能按照异步电动机令变频器令供电电源的方向逆向流动形成逆向功率，逆向功率中少量部分在电动机和变频器中以耗损的形式消耗掉，大量的逆向功率就必须另找出路。一种方法是利用电阻将从电动机送回的电能转换为热能消耗掉，这种方式被称为能耗制动。另一
36、种方法是通过有源逆变电路，将电动机送回的电能转化成为频率和相位与电网一致的工频交流电，回馈到电网中。(l)能耗制动能耗制动电路如图所示，其中的制动电阻与主要由一只工GBT制动斩波器组成的制动单元串连连接，然后并联在直流回路上。制动单元的控制目标，是让直流电压在允许的范围内波动。制动运行时，回馈到直流回路的电能集聚在电容器内，导致电容器端电压，也就是直流电压的上升，再生发电的功率越大，电压上升的速度越快，即上升斜率越大。当直流电压上升到制动运行时的上限时，制动单元控制电路使斩波器件导通，电阻被并联到直流回路上。电阻上消耗的能量来自直流回路，它应该不小于最大制动时所产生的再生发电能量，因此，制动电
37、阻导通时，通过电阻的电流除来自逆变器外，另一部分则会来自电容器内电能的释放。电容器内能量的释放会导致直流电压的降低，再生发电功率越低，它与电阻消耗功率的差值越大，直流电压下降越快，即下降斜率越大。当直流电压下降到制动运行时的电压下限时，制动单元控制电路使斩波器件截止，电阻从直流回路上切除。 这样交替导通和截止，使直流电压交替上升和下降，就构成了斩波控制方式。斩波控制时，直流电压在一个固定范围内变化，电容器内存储的电能也能在一定范围内波动，平均值不变，从而保证电阻上消耗的平均功率正好等于通过逆变器送回的再生发电功率。图4.1能耗制动原理图(2) 回馈制动为了实现把制动状态的电动机再生发电能量向电
38、网回馈，网侧变流器应采用可逆变流器。传统的回馈制动方式是采用一组与整流单元反并联的晶闸管逆变器，它在电动状态下，由整流单元向负载提供有效功率;再生发电制动状态时，由反并联的晶闸管逆变器作有源逆变状态运行，将电能回馈到交流电网。这种方式采用相控调压，其控制技术成熟，但也有其缺点，如整流单元处于深控时功率因数低、谐波含量高、换相引起的电网电压波形畸变等。图4.1回馈制动原理图回馈制动方式虽然节能效果好，但由于增添了有源逆变电路制动。由于C辊道的负载类型为反抗型负载，只有动能可以回馈设计方案采用更为简单经济的能耗制动方式。其硬件成本较高于能耗节能潜力有限。因此本文采用能耗制动方式。4.2制动电阻的选
39、择制动电阻和制动单选的选择，直接影响到在制动过程中变频器的安全和整个系统运行的安全，因此在设计时需要对其进行初步的估算。(1)制动电阻阻值的计算在进行再生制动时，即使不加放电的制动电阻，电动机内部也将有20%的铜损被转换为制动转矩。考虑到这个因素，可以先按下式初步计算制动电阻的预选值。能耗制动电路由制动单元和制动电阻构成，其最大电流受制动晶体管,最大允许电流I的限制因此制动电阻所能选取的最小允许值:因此，选取的制动电阻的实际值R应满如下条件:(2)制动电阻功率的计算如前所述，占电动机额定转矩的20%的制动转矩由电动机内部损失产生，因此可按下式求得电动机制动时制动电阻消耗的平均功率:4.3变频控
40、制方式的选择在设计辊道调速系统的过程中需要结合辊道电机调速系统的要求，选择一个合适的控制方式，通过调速范围、调速精度、转矩控制、极低速运行适用性等几个方面对各种变频控制方式进行对比。 异步电机U/f控制异步电机无传感器矢量变频控制异步电机带传感器矢量变频控制调速范围10: 1(20: 1)20: 1(50: 1)1000:1调速精度 (%)0.5-20%(与负载变化有关)0.5%模拟控制0.1%数字控制0.01% 转矩控制不适用适用适用极低速运行不适用不适用适用特点1控制电路结构简单;2调试工作容易;3可采用通用异步电机;4调速范围小，调速精度低，适用一般要求不高的地方，例如风机，水泵类机械。
41、1不需要PG(转速脉冲发生器);2可以进行转矩控制;3响应速度快;4变频器，电机参数设定应与负载匹配。1转矩控制性能好;2响应速度极快;3需要正确安装PG部件;4电气参数应正确匹配;5闭环控制电路复杂;6调速宽，精度高，价格贵，适合要求高的设备。表4.1制动方式对比表辊道电机调速系统的特点如下:（1）在运行过程中要求17台电机转速要大体保持一致，而且能够同步启动和停止。（2）负载对象为钢坯，最重达30吨，要求有较大的启动力矩。（3）辊道的距离短，对起动和制动的时间有要求，需要有良好的起动和制动性能。综合考虑了辊道电机传动系统的以上特点，在对U/f控制方式和矢量变频控制方式的各种性能进行综合考虑
42、和比较后，在系统设计中我们选择采用U/f变频控制方式，具体原因如下:（1） 为了使多台电机同步运行，系统采取了群拖方式。但矢量控制方式不适用于群拖方式。（2） 采用了转矩补偿的U/f变频控制方式，低速下转矩的输出能力得到了很大的提高，稳态速度精度可达到0.5，足以满足辊道电机调速系统的要求。4.4系统主电路设计这里所说的主电路，是指以传递功率为主要任务的电气回路。在c辊道传动系统中主电路大致可以分为三个基本部分:电源输入电路、变频器到电动机的输出电路、制动电路。 1)电源输入电路系统主电路电源输入电路的接线如图所示。输入电路主要设备包括自动空气断路器MCCB和AC电抗器。图4.2输入电路(1)
43、自动空气断路器MCCB作用:MCCB作为变频器的后备短路保护。后备短路保护的目的有两个:一个是对于变频器中的逆变器后段短路提供后备保护功能，以免逆变器的瞬间电流保护失效时事故扩大导致严重损失;另一个目的是对变频器中的整流器前段的短路提供保护。选择MCCB的注意事项:(a)选择MCCB时，其容量大致要等于变频器额定输出电流的1.5倍到2倍。(b) MCCB的时间特性要充分考虑变频器的过载保护的时间特性来选择。图4.3断路器 (2)Ac电抗器 Ac电抗器的作用是防止过大的峰值电流流入变频器的输入侧，损坏整流部件，改善电源侧的功率因数。在此次设计中我们选用的三相电抗器的规格为:660A 0.03mHo 图4.4电抗器2)输出电路输出电路的接线如图输出电路主要设备包括隔离开关和热敏继电器。图4.5输出电路(1)隔离开关隔离开
