铝电磁连续铸轧机理研究及复杂电磁场的电气控制

论文摘要

针对铝双辊连续铸轧生产过程中添加晶粒细化剂带来的高成本及合金化污染问题,提出了一套基于电磁场的工艺改进方案。通过查阅国内外相关文献资料,确立了本课题“变频纵向脉动和横向行波复合磁场”的思路。 本课题的控制对象是为产生复杂电磁场而加在负载线圈上的特殊电气参数。 我们采用的控制方案为运用SPWM交—直—交变频技术实现负载线圈所需的VVVF电源(产生主磁场);并通过单片机产生PWM驱动脉冲控制变频器电源输出频率的随机可调;而附加磁场所需的直流电源通过可控整流得到。 本论文中首先分析了我国铝铸轧及供求关系的现状,论述了电磁场对铝晶粒细化的作用机理及对铸轧参数的要求,提出了其复杂电磁场中特殊电磁参数的控制思路。接着介绍了SPWM交—直—交变频的控制方案和选用IGBT电力模块的依据。然后论述了控制部分的单片机软硬件实现以及控制系统的电磁兼容性问题及其应对措施。最后对整个研究工作进行了总结并提出了展望。 工业试验表明了控制方案的可行性,具有推广价值。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 社会经济效益分析
• 1.3 对象的特点及控制要求
• 1.4 论文构成
• 第2章 电磁铸轧机理
• 2.1 磁场对金属凝固组织的作用机理
• 2.2 电磁铸轧技术
• 2.3 电磁场形成原理
• 2.4 铸咀前沿的铸轧区磁场设计与磁感应强度保证
• 2.5 电磁参数的特点
• 第3章 系统控制方案设计
• 3.1 总体方案设计
• 3.2 变频方式选择
• 3.2.1 直接变压变频装置
• 3.2.2 间接变压变频装置
• 3.2.3 不同变频方式的比较
• 3.3 正弦波脉宽调制（SPWM）变压变频器
• 3.4 SPWM交—直—交变频电路的工作情况分析
• 第4章 IGBT及其外围电路
• 4.1 IGBT简介
• 4.1.1 IGBT的擎住效应与安全工作区
• 4.1.2 IGBT的特点
• 4.2 IGBT驱动及保护
• 4.2.1 IGBT驱动电路设计基础
• 4.2.2 驱动电路的选择
• 4.2.3 保护电路设计
• 第5章 SPWM的单片机实现
• 5.1 CPU模块
• 5.2 键盘、显示模块
• 5.3 电源模块
• 5.4 增强型三相脉宽调制波发生器SA4828
• 5.4.1 概述
• 5.4.2 内部框图及工作原理:
• 5.4.3 SA4828与MCU的接口（复用总线模式）
• 5.4.4 SA4828芯片的控制
• 5.4.5 SA4828芯片编程的有关计算
• 5.5 软件编制
• 5.5.1 本系统对下位机软件的要求
• 5.5.2 开发语言和开发环境
• 5.5.3 本系统软件的各个功能模块的具体实现
• 第6章 系统抗干扰设计及调试
• 6.1 电磁兼容性概述
• 6.2 系统的现场运行环境
• 6.2.1 低压电器的线圈在电源切断时产生大幅值的干扰电压
• 6.2.2 主电路及辅助电路中功率器件产生的干扰
• 6.2.3 单片机本身的电磁辐射
• 6.3 系统的抗干扰设计
• 6.3.1 抑制干扰源
• 6.3.2 屏蔽措施
• 6.3.3 隔离技术
• 6.3.4 双绞线的使用
• 6.3.5 电路板设计中的抗干扰措施
• 6.4 单片机控制板的设计原则
• 6.4.1 在元器件的布局方面
• 6.4.2 尽量在关键元件旁安装去耦电容
• 6.4.3 合理接地
• 6.5 软件抗干扰的原理与方法
• 6.5.1 指令冗余技术
• 6.5.2 软件陷阱技术
• 6.5.3 看门狗技术
• 6.5.4 软件数字滤波技术
• 6.6 控制系统的调试
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢