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1、数控机床可控直流电源设计一. 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
2、， 并绘制出相应的电路图，符合规范。三. 设计的任务与要求 数控车床可控直流电源设计 A原始数据：P=7.5kW，Ued=220V，led=41.3A，n=1000r/min ，1 / 24数控机床可控直流电源设计Ra=O.65 Q, Lm =7mH ，入=1.5。B设计内容与要求：a）设计整流电路主电路。b）设计变压器参数：Ui，Il，U2,12。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）整流元件参数的计算与选择：依据参数计算，正确选择器件型号，并附主要参数。d）触发电路设计与主要参数的计算，同步电压的选择。e）设计
3、保护电路：正确选择电压、过流保护电路，简要说 明选择依据；计算保护元件参数并选择保护元件型号。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、波形畸变与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。nA VX单柏半 控轿式亜啊全 住桥式三相全俎.丈星启井 f WftMW二相半!桎桥罠农一相極K的川确L.摊蜡(0 9)S7S |0 41 0. 74)g鋼 t).衬 Jif co射)(0. 07 |-1蒯况,.股(m =2
4、)_社(m = 2 )-st (in. 3)(rr - b )M (m = 6)挾小Ui - 6 *|n-12)瓦件制用率 导谁币、H打 (180)(會：駁好验妇(120)牧妊0XP):站:(120DjTTHiMfcX无无财变:叫变闻和艇(0.9)心)严币 (C. 127)松卜(0禅巧(Q 3)密小丿卜10冉別下不EU kW 胃卜SQ烬 1下曲电LJ - ZdPF可迺低卜弋巨沅10 - 2fl0 kW 不可世DOO k W UBJ$P 囚象幡运町二整流变压器的设计与计算相关参数见下表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
5、想情况时，直流端输出电压Ud为:Ud12U2sin( t)d( t) 2 2U2cos 0.9U2cos所以然而，由于整流器负载回路的电感足够大，所以变压器内阻与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30： 50，不可逆系统min取1 15 。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=0.91.05。# / 243）漏抗产生的换相压降U4）晶闸管或整流二极管的正向
6、导通压降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与对转速反馈的调速系统的整流变压器有不同的计算公式，考虑到本设计要求与所给参数，对上述两种情况进行简便计算，即式中U2变压器二次相电压（V）;Un电动机的额定电压（V），近似为245;电网电压波动系数，一般取b=0.90 1.05;Kuv整流电压计算系数综上可知，U 2 =272。整流变压器二次相电流的计算1)二次相电流J的计算12K|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 IdN 二 led =41.3。In 电动机额定电流(A)；led 整流
7、器额定直流电流(A)2) 一次相电流I1的计算K= U = 220 =0.81U2272=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) O考虑到变压器自身的励磁电流时，I1应乘以1.05左右的系数。I1=41.31.05=43.4U1U2打12k220V272V43.4A41.3A14变压器容量的计算一次容量=220 41.3=9086二次容量=220 41.3=9086平均总容量=9086式中m!,m-变压器一二次侧相数。Kil一次相电流计算系数；Ud0-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
8、UTn的选择额定电压UTn选择应考虑下列因素。1) 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2, 3倍的安全裕量。可按下列值计算，即UTn (2 3)Utm=2.5、2U2=962式中Utm 晶闸管可能承受的电压最大值(V) 0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 (2 3)KUtU22.5 1.41U2=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
9、，选择额定电流时，应留有足够的裕量，通常考虑选择1.52倍的安全裕量。1)通用计算式，即t(AV)(V式中It流过晶闸管的最大电流有效值(A) 02)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。l( AV (1.5 2)KJdmax=20.45 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Idma
10、x led。故晶闸管选用KP系列的KP50A晶闸管，其主要参数为a*rrA工科电JI nay Anri g VWfiEVH-i ! $就宅*Mot 7|i片3八y nTfTiia R C*aduiNiwKPM1时啊C05-4Sf用町21BJDISZ15刖也i 13Ljr 103-UT台如d|f MO 1M4) -121i4a.trMWSUFKMCt#芷C 10hYOu wlz IM igg4J-1J5DaH4虱IP畑5L C F7 570-700*磁? 1S34H-175 C fifiSt菊號03MTWQ 孔 307 m” 13却-12$ b4nneSL2C额定电流1 N50A额定电压Un10
11、0-2400V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年前后幵发 的第三代晶闸管单片移相触发集成电路， 它是取代TCA780 与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。
12、它的引脚 排列如图1所示。1 1LJ?UU5.1211710图1 TCA785的引脚排列各引脚的名称、功能与用法如下：引脚16(VS):电源端。使用中直接接用户为该集成电 路工作提供的工作电源正端。引脚1(OS):接地端。应用中与直流电源VS、同步电压VSYNC与移相控制信号V11的地端相连接。引脚4(Q1)和2(Q2):输出脉冲1与2的非端。该两端 可输出宽度变化的脉冲信号，其相位互差180。，两路脉冲的宽度均受非脉冲宽度控制端引脚13(L)的控制。它们的高电平最咼幅值为电源电压 VS，允许最大负载电流为10mA o 若该两端输出脉冲在系统中不用时，电路自身结构允许其幵路。引脚14(Q1)和15(Q2):输出脉冲1和2端。该两端也可输出宽度变化的脉冲，相位同样互差180 ，脉冲宽度受它们的脉宽控制端引脚12(C12)的控制。两路脉冲输出高电 平的最高幅值为5VS o引脚13(L):非输出脉冲宽度控制端。该端允许施加电 平的范围为-0.5V 5VS，当该端接地时，Q1、Q2为最宽 脉冲
