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，并绘制出相应的电路图，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，U ed=220V，I ed=41.3A，n=1000r/min，R a=0.65Ω，L M=7mH，λ=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αmin、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；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=7.5kW<10KW，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。

〈二〉.整流变压器的设计及计算

相关参数见下表

相关参数表

<1>变压器二次侧电压有效值2U 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d U 为：

所以

<2>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 α。在直流输出电压保持恒定的装置中，α应能自动调节补偿。一般可逆系统的min α取3050，不可逆系统min α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=0.9 1.05。 3）

漏抗产生的换相压降U x ∆。 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

式中 2U ------------变压器二次相电压(V);

N U -----------电动机的额定电压(V)，近似为

0.9

ed N U U =≈245; b-------------电网电压波动系数，一般取b=0.90~1.05;

UV K ————————整流电压计算系数;

综上可知，2U =245110.9

⨯

⨯≈272。 <3>整流变压器二次相电流的计算 1)二次相电流2I 的计算

2IV dN I K I ==1⨯41.3=41.3

式中 IV K -----------------------二次相电流计算系数;

dN I ----------------------整流器额定直流电流(A)， 因串联有电感dN I =ed I =41.3。

N I ---------------电动机额定电流(A)；

ed I ---------------整流器额定直流电流(A)。

2)一次相电流1I 的计算

K =2U U =220272

=0.81≈1 1IL N K I I K

==41.3 式中 IL K --------------二次相电流计算系数;

K ----------------变压器的电压比 U ----------------市网电压220(V)。

考虑到变压器自身的励磁电流时，1I 应乘以1.05左右的系数。1I =41.3⨯1.05=43.4。

k 220V 272V 43.4A 41.3A 1

<4>变压器容量的计算

一次容量

110IL d dN UV

K S m U I K ==22041.3⨯=9086 二次容量

220IV d dN UV

K S m U I K ==22041.3⨯=9086 平均总容量

121()2

S S S =+=9086 式中 12,m m ----变压器一二次侧相数。

IL K ------一次相电流计算系数；

0d U ------整流器空载电压；

IV K ------二次相电流计算系数；

UV K ------整流电压计算系数。

<三>.晶闸管的选择

(1)额定电压Tn U 的选择

额定电压Tn U 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23倍的安全裕量。可按下列值计算，即

(23)Tn TM U U ==22.52U ⨯=962

式中TM U ----------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 2(23)Tn UT U K U =≈22.5 1.41U ⨯=962

式中 UT K --------晶闸管的电压计算系数;

2U --------整流变压器二次相电压(V)。

(2)额定电流()T I 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1.52倍的安全裕量。

1)通用计算式，即

式中 T I -------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T

I （AV ）。 max (1.52)T IT d I K I ≥（AV ）=2⨯0.45⨯ed I =37.2

式中 IT K --------晶闸管电流计算系数;

m a x d I -------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max d ed I I ≈。

故晶闸管选用KP 系列的KP50A 晶闸管，其主要参数为

额定电流N I 50A

额定电压

N U 100-2400V