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1、一. 数控 车床可控直流 电源设计二. 设计的目的本课程设计的任务是培养学生综合运用电力电子学、模 拟电子技术和电机学所学知识分析、解决工程或科研实际 问题的能力。其目的是巩固学生所学知识的同时， 提高学生的专 业素质，这对于工科学生贯彻工程思想起到十分重要的作用。在规定时间内通过分析任务书、查阅收集资料，充分发挥主 动性与创造性，在老师的指导下联系实际、掌握正确的方法，理清思路，独立完成课程设计，撰写设计说明书，其格式和字数应 符合规定。根据要求设计出实际可行的电路，并计算电路中所用 元器件的参数，确定其规格型号；课程设计说明书要求整洁、完 备、内容正确、概念清楚、文字通畅，并绘制出相应的电
2、路图， 符合规范。三. 设计的任务及要求数控车床可控直流电源设计A原始数据：P=7.5kW，Ued=220V，lec=41.3A，n=1000r/min，Ra=0.65Q， LM=7mH，入=1.5。B设计内容及要求：a）设计整流电路主电路。b）设计变压器参数：U1，I1，U2, I2。要求考虑最小控制角a min、电网电压波动、晶闸管管压降和 变压器漏抗等因素计算变压器二次相电压值，附主要计算步骤。 C）整流兀件参数的计算及选择：依据参数计算，正确选择器件 型号，并附主要参数。d）触发电路设计及主要参数的计算，同步电压的选择。e）设计保护电路：正确选择电压、过流保护电路，简要说明选 择依据；
3、计算保护元件参数并选择保护元件型号。第1页共23页f）电抗器的参数设计四具体的计算和选择过程一主电路的选择根据实验要求的原始数据，直流电机的功率P=7.5kW10KW，根据下表，从变压器利用率、直流侧脉动情况、元件利用率、直 流磁化、波形畸变及各整流电路应用场合分析，选择单相全控桥 式整流电路作为本数控机床可控直流电源设计的主电路。、闿式单ffl半二桩半迹一一相空三相半梓慣弍収三相桥犬 塔平衛抗据 -(Q 9)1 0. MJ(0. 74)（0対.股 皿丹）0 :奸 （ft眄(hi - 2(Hl w J-m (IM -3)證小（FP麻 (m =fi)校小皿=6 1/卜血-12)耳理想】ij(WO
4、(tarri较好（】ar）校妇(120)枝好（计校奸 (120)牠軒(12F)Ti洼戟亿JC尤有右.1JLT瞇臺 :暗盘阳锁 (0 9 i严审(O.J27)co 915)(0 W1辑小(0.W3)/h 0.问应闸场合10 kW 町逵!U kW 以卜铀1c W 氏下丛电Ki -2吐 VA .玉可也低卜弋屯宛1(1 * MKi kW年闻建1 000 k麻刮象權远硏二整流变压器的设计及计算相关参数见下表抗压降瓯计嘩幣克覽E包群电卷计电沉讣 抻鼻数yttr蹄-J 南汁算 乘vrSiBtitftK卄K理JTL&Q. ?(10Il 41a is11. )11o11 0, w1-1.41a 4511j. n
5、1(L 66A1450 wa %77a 4721 352. 12二拥半0.J3嗣3 451) 1*7a Klha iml.w1.120三曲半1| 0 $I 1.4aI Ol 鍋 Ta BibU Klb1 05严相关参数表变压器二次侧电压有效值U2的计算在不考虑最小控制角，电网电压波动，晶闸管管压降和变压器 漏感等因素的理想情况时，直流端输出电压Ud为：Ud V2U 2sin( t)d( t)U2 cos 0.9U2cos所以U20.9cos然而，由于整流器负载回路的电感足够大，所以变压器内阻及晶闸管通态压降可忽略不计。在计算整流变压器的参数时，还 应考虑以下因素:1） 最小触发延迟角min。在
6、直流输出电压保持恒定的装置中，应能自动调节补偿。一般可逆系统的min取3050：，不、na可逆系统min取1015-。2）电网电压波动。根据规定，电网电压允许波动范围-10% +5%，考虑在电网电压最低时，仍能保证最大整流输 出电压的要求，通常电压波动系数b=0.91.053） 漏抗产生的换相压降Ux。4）晶闸管或整流二极管的正向导通压降 n u。5）二次相电压除受上述因素影响外，对电枢电压反馈的调速 系统的整流变压器及对转速反馈的调速系统的整流变压器有 不同的计算公式，考虑到本设计要求及所给参数，对上述两 种情况进行简便计算，即U2 （1,2）卫一bKuv式中U2变压器二次相电压（V）;Un
7、电动机的额定电压(V),近似为Un Ued 245;0.9b电网电压波动系数，一般取 b=0.901.05;Kuv整流电压计算系数；综上可知，5 = 1 245272。1 0.9整流变压器二次相电流的计算1)二次相电流12的计算12 K|VldN=1 41.3=41.3式中 Kiv 二次相电流计算系数IdN 整流器额定直流电流(A)，因串联有电感1 dN=1 ed =413。第#页共23页In电动机额定电流(A)；led整流器额定直流电流(A)2) 一次相电流I1的计算k 毗=27；=o.811I1KJnK=41.3式中 Kil二次相电流计算系数K变压器的电压比U 市网电压220(V)。U 市
8、网电压220(V)。考虑到变压器自身的励磁电流时，Ii应乘以1.05左右的系数。li=41.3 1.05=43.4U1U2I1I 2k220V272V43.4A41.3A1变压器容量的计算一次容量KS mi IL UdldN 二 220 41.3=9086KUV二次容量KS2 m21V Ud0ldN = 220 41.3=9086KUV平均总容量1S (S 5)=9086 2式中 m1,m2-变压器一二次侧相数。Kil一次相电流计算系数；U d 0整流器空载电压；Kiv二次相电流计算系数；Kuv -整流电压计算系数。三.晶闸管的选择(1)额定电压UTn的选择额定电压UTn选择应考虑下列因素。1
9、) 分析电路运行时晶闸管可能承受的最大电压值。2) 考虑到实际情况，系统应留有足够的裕量。通常可考虑23倍的安全裕量。可按下列值计算，即UTn (2“3)Utm = 2.5 26=962式中Utm 晶闸管可能承受的电压最大值(V)。当整流器的输入电压和整流器的连接方式确定后，整流器 的输入电压和晶闸管可能承受的最大电压有固定关系， 常采用查 计算系数表的方法来选择计算，即UTn (3)KutU22.5 1.41U 2=962式中Kut晶闸管的电压计算系数；U2整流变压器二次相电压(V)。额定电流It(AV)的选择晶闸管是一种过载能力较小的元件，选择额定电流时，应留有足够的裕量,通常考虑选择1.
10、5 2倍的安全裕量。1）通用计算式,“（AV） （1列2）着式中It流过晶闸管的最大电流有效值（A）。2）实际计算中，常常是负载的平均电压已知，整流器连接方式已经确定，即流经晶闸管的最大电流有效值和负载平均电流有固 定的关系。这样通过查对应系数可使计算过程简化。 当整流电路 电抗足够大且整流电流连续时，可用下述经验公式近似估算晶闸 管额定通态平均电流It（ av。1 T（ AV）（1.5“2）KiTldmax=2 0.45 led=37.2式中 Kit晶闸管电流计算系数；Idmax整流器输出最大平均电流（A）,因负载侧串联 平波电抗器，电流近似恒定，故Idmax led。故晶闸管选用KP系列的
11、KP50A晶闸管，其主要参数为s-tl*rrA*itiaIt AilMIOg VNfMfi WlH V卫匸勺B上1 * nJ艸尹fJ rl.2 V电楼和JIli 7i- i zfrira 即Ciff-NNIhP -ftjlbrie*w wKP4ABISBMtK IQ29-f4*巧 l.tszutoMi i -削帥*51fC 1J:BJDSSZI5344AIc 10!-30* -1214 q mD4WSt亦|C ii丑7DU工仙| - *1J1 iw“鞘-卅5-Li 3OObMk 土畠 I-! :(I f命磁25-BMCC0i；D7D6SLX!灿WJn-Mv 153O-3WH BOCl啲* rC
12、04r w乳真额定电流1N50A额定电压Un100-2400V触发电流1 TM150mA四触发电路的设计.触发电路的选择：TCA785是德国西门子（Siemens公司于1988年前后开发的第三代 晶闸管单片移相触发集成电路，它是取代TCA780及TCA780D的更新换代产品，其引脚排列与 TCA780、TCA780D和国产的KJ785完全相同，因此可以互换。目前，它在国内变流行业中已广泛应用。与原有的KJ系列或KC系列晶闸管移相触发电路相 比，它对零点的识别更加可靠，输出脉冲的齐整度更好，而移相 范围更宽，且由于它输出脉冲的宽度可人为自由调节， 所以适用 范围较广。触发电路芯片的介绍：TCA785是双列直插式16引脚大规模集成电路。它的引脚排列如 图1所示。图1 TCA785的引脚排列各引脚的名称、功能及用法如下：引脚16(VS):电源
