文档介绍：1 引言
金属材料中,铝由于性能好,回收成本低,已成为仅次于钢铁的第二大金属。因此提高其产品质量和生产效率成为十分突出的普遍问题。为此产生了电磁连续铸轧技术,通过强化铸轧环境,改变铸轧工艺,使铝合金铸轧组织发生新的演变,铝材性能全面改善,成型性显著提高[1]。在电磁连续铸扎过程中,对复合磁场的控制是非常关键的一个部分。本文针对复合磁场的控制,采用了矩阵变换器设计控制系统主电路,并研究了基于遗传算法的自适应PID控制算法。利用MATLAB/Simulink仿真平台对该系统进行了仿真,验证了控制方法的可行性和有效性。
2 电磁感应装置的结构及其作用机理
产生特殊复合磁场的电磁感应装置是铝电磁连续铸轧的关键技术之一。
电磁感应器的基本结构
电磁感应装置是仿直线感应电机原理设计的[2],采用三相和两相两种低频交流电源供电,线圈采用分离式绕组。其工作原理类似于扁平型单边直线感应电机,初级为绕组,次极为铝合金熔体。初级与次级之间具有很大的气隙(气隙约为60mm甚至更大)。向初级通入低频交流电,并在铝熔体中通直流电,电磁感应装置就产生沿轧辊轴线方向交变的行波磁场和垂直方向交变的脉振磁场,其中以行波磁场为主。向初级通入低频交流电,并在铝熔体中通直流电,电磁感应装置就产生沿轧辊轴线方向交变的行波磁场和垂直方向交变的脉振磁场,其中以行波磁场为主[3]。这种运动的磁场,靠近液态金属时在非接触条件下受到感应而产生感生电流,从而使液态金属变成载流导体,并与外加的运动磁场作用使液态金属产生电磁力,液态金属在电磁力的作用下运动起来。图1为电磁感应装置的基本结构示意。
图1 电磁感应装置的基本结构示意图
1-上轧辊;2-上铁芯;3-压板;4-供料嘴;5-铝熔体;6-隔磁板;7-底板;8-冷却水箱;9-感应线圈;10-滑动座;11-支撑箱;12-下铁芯;13-下轧辊
复合磁场的形成原理
实际上电磁感应装置是依据直线电机的原理设计的,而直线电机在结构上是从旋转电机演变而来的,其工作原理与旋转电机相似。从旋转电机中旋转磁场的形成原理容易引申出直线电机的行波磁场形成原理,再对由于直线电机的边端效应而引起的脉振磁场进行分析,可以得到电磁感应装置中复合磁场的形成原理。
1)行波磁场的形成
在直线电机的三相绕组中通入三相对称交流电后,也会产生气隙磁场。不考虑由铁心两端开断所引起的纵向边端效应,这个气隙磁场的分布情况与旋转电机的气隙磁场相似,即可看成沿展开的直线方向成正弦分布。当三相电流随时间变化时,气隙磁场将按A、B、C相序沿直线移动。由于这个磁场不是旋转的,而是平移的,因此成为行波磁场。
2)脉振磁场的形成
在直线电机中,由于铁心和安置在槽中的绕组在两端的不连续,各相之间互感就不相等,即使在初级绕组中通入对称三相交流电压,各相绕组也将产生不对称的电流。利用对称分量法可以把它们分解为正序、负序和零序电流,对应这三种电流将有正序正向行波磁场、负序负相行波磁场和零序脉振磁场。由于随着时间的变化,磁动势曲线相对初级铁芯是移动的,因此在上、下铁芯的端面之间所作用的磁动势将随时间作正弦变化。与此相对应,分路磁通和磁通密度随时间作正弦脉振。这种磁场在有效区域内与空间位置无关,因此,它与通常的行波磁场不同,常被称为脉振磁场。
3 系统的总体设计方案
电磁感应装置内部的线