Розробка системи управління механізмом підйому мостового крану

Приймаються частоту комутації Гц.
2.4.4 Визначення постійних і базових величин, необхідних для розрахунків електромагнітних навантажень енергетичного каналу.
Конструктивна постійна двигуна:

, В · з / рад (2.18)

Базова швидкість:
, Рад / с (2.19)

Базовий струм:
, А (2.20)

Базовий момент:
, Н · м (2.21)

Враховуючи, що ШИП з симетричним управлінням не спотворює природних механічних характеристик двигуна, визначаємо відносну тривалість включення в номінально режимі:
, (2.22)

Відносна швидкість в номінальному режимі:


, Рад / с (2.23)
,
Відносна електромагнітна постійна часу:
. (2.22)
де Т - період комутації,

с. (2.24)

На природної механічної характеристиці ДПТ для максимального струму двигуна в динамічному режимі (А) визначаємо частоту обертання:

, Рад / с (2.25)

Визначимо відносне значення цієї швидкості:


, Рад / с (2.26)

2.4.5 Середнє значення струму двигуна,
, А (2.27)

, А (2.28)

2.4.6 Чинне значення струму двигуна
, (2.29)
де ;

, А (2.30)

2.4.7 Значення середнього струму транзисторного ключа при максимальному струмі двигуна складе
, (2.31)

, А (2.32)

2.4.8 Чинне значення струму транзисторного ключа.
, (2.33)


, А (2.34)

2.4.9 Середнє значення струму шунтуючого діода
(2.35)

, А (2.36)

2.4.10 Значення чинного струму шунтуючого діода
, (2.37)


, А (2.38)

2.4.11 Визначимо втрати енергії в силовому транзисторному ключі.


, Вт (2.39)
де:
(2.40)
(2.41)
опір насиченого ключа:
, (2.42)

Отримана величина втрат менше допустимої потужності розсіювання на колекторі силового IGBT-модуля.

, (2.43)

2.4.12 Визначення втрат потужності в шунтуючих діодах.
, Вт (2.44)

2.4.13 Максимальну температуру структури діода визначають з умови, що температура навколишнього середовища не перевищує º С.
, º С (2.45)

Так як º С, то потрібно додаткове охолодження діодів для забезпечення відповідних температурних режимів.
2.4.14 Розрахунок сумарних додаткових втрат у системі ШИП - ДПТ у відносних одиницях проводиться за виразом:
, (2.46)
.

2.4.15 Абсолютні додаткові втрати визначають, як
, Вт (2.47)

2.4.16 Основні втрати в ланцюзі якоря двигуна складають
, Вт. (2.48)

2.4.17 Втрати потужності в ланцюзі якоря двигуна.
, Вт (2.49)
.
2.5 Розрахунок основних статичних параметрів двигуна.
2.5.1 Опір якірного ланцюга в нагрітому стані.
, Ом (2.50)
де tном - температура двигуна в номінальному режимі роботи, º С; tхол - температура двигуна в не нагрітому стані, º С; α - температурний коефіцієнт опору, для мідної обмотки. . 1 / º С.


2.5.2 Жорсткість природної механічної характеристики.


, Н · м · с (2.51)

.
де º - кут нахилу природної механічної характеристики до осі ω.
2.5.3 Швидкість ідеального холостого ходу для природної механічної характеристики складе:

, Об / хв (2.52)

.
2.5.4 Момент короткого замикання.
, Н · м. (2.53)

2.5.5 Струм короткого замикання.


, А (2.54)


Побудуємо природну електромеханічну і механічну характеристики ДПТ
; (2.55)

SHAPE \ * MERGEFORMAT
Малюнок 4 - Статична електромеханічна характеристика ДПТ.
--- -Кутова швидкість при номінальному моменті
кутова швидкість при зміні статичного моменту

SHAPE \ * MERGEFORMAT
Малюнок 5 - Статична механічна характеристика ДПТ.
- Кутова швидкість при зміні статичного моменту
--- кутова швидкість при номінальному моменті
2.6 Розрахунок параметрів електропривода.
2.6.1 Основні параметри передавальної функції двигуна.
Задаємося величиною максимального статичного струму:
, А (2.56)

Визначимо опір насиченого ключа:
, Ом (2.57)

Еквівалентний опір якірного ланцюга:
, Ом (2.58)

Механічна постійна часу з урахуванням наведеного моменту інерції:

, З (2.59)
де N - Коефіцієнт враховує зміну моменту інерції механічної частини приводу в залежності від завантаження механізму підйому, N = 2-8. Приймаються N = 3

Електромагнітну постійну часу визначимо, як:


, З (2.60)

Відносна постійна часу
. (2.61)
Коефіцієнт демпфування
. (2.62)
2.6.2 Вибір тахогенератора
Умови, необхідні для вибору тахогенератора:
, Вт
Вт;
, Рад / с
рад / с;
, Кг · м 2 · 10-6
кг · м 2 · 10-6.
Виходячи з таких умов вибираємо тахогенератор типу ДПР-42HI-01 з наступними параметрами:
- Потужність на валу, Рнтг, Вт ... ... ... ... ... ... ... ... ........... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 4.7
- Швидкість обертання, Ωнтг, рад / с ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .......... ... ... ... ... ... 942
- Напруга живлення, Uнтг, У ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ........... ... ... ... ... ... ... 27
- Струм якоря, Iнтг, А ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .......... ... ... ... ... .. ... 0.29
- Опір обмотки якоря, Rнтг, Ом ... ... ... ... ... ... ........... ... ... ... ... ... .13
- Момент інерції, Jнтг, кгм2 · 10-6 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ......... ... ... ... .. ... ... 0.57
- Маса, mтг, кг ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ............ ... ... .... ... ... .0.15
2.6.3 Визначення коефіцієнтів посилення системи приводу.
Визначимо коефіцієнт підсилення розімкнутої системи
(2.63)
де ΔU - зміна напруги; D - діапазон регулювання, D = 1000; δ - статична похибка, .
, У (2.64)


Визначення коефіцієнта передачі двигуна
, (2.65)
.
Визначимо коефіцієнт передачі тахогенератора
, (2.66)
де Rн - опір входу підсилювача, Ом.

Визначимо коефіцієнт передачі ШИП спільно з широтно-імпульсним модулятором
, (2.67)
де Uзт - напруга управління, В.
.

2.6.4 Постійна часу ШИП
Оскільки запізнювання на виході ШИП в основному визначається частотою комутації рівної fk = 2000 Гц, сам по собі ШИП вважаємо безінерційним, але в реальному САУ на вході ШИП встановлюється аперіодичний фільтр, тому приймаємо
ТШІП = 0,0005 с.
2.6.5 Набудуємо контур струму на технічний оптимум
Датчик струму: Iшунта = 200 А, Uшунта = 25.10 -3 В.
Коефіцієнт підсилення підсилювача датчика струму: Кудт = 100.

Приймемо максимальний струм електродвигуна рівним:

(2.68)

Imax = 2 · Iн
Imax = 2 * 98 = 196 А.

(2.69)

, В / А

Визначимо коефіцієнт посилення підсилювача
, (2.70)
.
Визначимо коефіцієнт підсилення регулятора струму і швидкості
, (2.71)
.

2.7 Динамічний розрахунок системи приводу.
Розглянемо динамічну модель розробленої приводний системи:

Малюнок 6 - Динамічна модель приводний системи
Вихідні дані для розрахунку:

Момент інерції навантаження змінюється, а, отже і механічна постійна характеристичного рівняння комплексно-зв'язані і перехідні процеси носять коливальний характер. При коріння дійсні, що відповідає апериодическим перехідним процесам. При вплив Тебе можна знехтувати, перехідні процеси близькі до експоненціальним. / 5 /
(2.72)
Передавальна функція двигуна буде представлена:
(2.73)
Передавальні функції ланок мають вигляд:
регулятор швидкості (2.74)
регулятор струму (2.75)
двигун (2.76)
ШИП (2.77)
тахогенератор (2.78)
датчик струму (2.79)
Для визначення стійкості щодо задає впливу за критерієм Найквіста необхідно розірвати ланцюг зворотного зв'язку та визначити передавальну функцію в розімкнутому стані. / 5 /
Схема розімкнутої динамічної системи приводу наведена малюнку

Малюнок 7 - Разомкнутая динамічна привідна система
Передавальна функція розімкнутої системи буде мати вигляд:
(2.80)
Побудуємо ЛАЧХ і ЛФЧХ вихідної розімкнутої системи, де
Рисунок 8 - ЛАЧХ і ЛФЧХ вихідної системи.
Частота зрізу wс = 72,6.
Як видно з ЛАЧХ і ЛФЧХ система не стійка, тому потрібно застосувати коригуючий ланка, в даному випадку ПІД-регулятор.

Рисунок 9 - Схема ПІД-регулятора.
Передавальна функція коригуючого ланки буде мати вигляд:

(2.81)

,
де К - Коефіцієнт посилення коригуючого ланки До = 9
R1 = 1 (кOм);
R2 = 9 (кOм);
Т1 - постійна часу Т1 = 0,027
Т2 - постійна часу Т2 = 0,0026
С1 - ємність конденсатора; С1 = 47 ∙ 10-6 (Ф);
С2 - ємність конденсатора; С2 = 3,2 ∙ 10-7 (Ф).
Коригувальна ланку можна реалізувати наступним ланкою:
(2.82)
Передавальна функція скоригованої системи буде мати вигляд:
. (2.83)

Частота зрізу бажана
, (2.84)
де b-коефіцієнт Солодовникова b = 2,5, = 0,15.
= 52,3

Рисунок 10 - ЛАЧХ і ЛФЧХ скоригованої системи.
Частота зрізу .
Запас стійкості по фазі на частоті зрізу:
, Гр (2.85)
де мінімальний запас: 30-40 гр.
Запас стійкості по амплітуді на частоті зрізу:
, ДБ (2.86)
де мінімальний запас - (8 ... 10) дб.
У результаті застосування коригуючого ланки система має достатні запаси стійкості по фазі і по амплітуді
Передавальна функція замкнутої системи.
, (2.87)

Малюнок 11 - Графік зміни речової частини перехідною характеристик системи.
Для розрахунку перехідного процесу в замкнутій системі аналізуємо речову частину перехідної характеристики.
(2.88)

Рисунок 12 - Перехідний процес у замкнутої системі.
З малюнка видно, що час перехідного процесу по точці переходу кривої в трубку сталого значення складає 0,023 с і не перевищують заданого значення, порівняно з вихідними даними для проектування, tп.п. = 0,15. Час перерегулювання становить 30% і неї перевищує задане значення.
2.8 Розрахунок випрямляча джерела живлення
2.8.1 Вибір схеми випрямляча
В якості схеми випрямлення вибираємо однофазну мостову схему з наступними параметрами:
- Число фаз, m ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .... ... ... ... ... .2
- Відношення середнього випрямленої напруги до напруги у
- Вторинної обмотці трансформатора, Uд/U2 ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... 1,11
- Відношення зворотної напруги на вентилі до середнього
- Випрямлена напрузі, обр / Uд ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... .. 1,57
- Відношення потужності трансформатора до
- Потужності після випрямляча, Рт / Рд ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1,21
- Коефіцієнт використання вентиля по струму, KI ... ... ... ...... ... ... ... ... ... .. 0.78
- Частота пульсацій (при fсеті = 50Гц), fп, ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .. ... ... .. 100
Для розрахунку необхідні такі вихідні дані:
- Напруга на виході випрямляча, Uд, В ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 274
- Струм навантаження випрямляча, Iд, А ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .. ... ... ... ... .. 400

2.8.2 Визначення зворотної напруги на вентилі
Uобр = 1,57 · Uд, В (2.89)
Uобр = 1,57 · 274 = 430 В

(2.90)

2.8.3 Визначення середнього значення струму вентиля
Iв = 0,5 · Iд, А
Iв = 0,5 · 400 = 200

2.8.3 Вибір діодів
За обчисленими Uобр і Iв і заданим температурним параметрами за довідником вибираємо вентиль: діод Д 232-200 з наступними параметрами:
- Прямий постійний струм, Іпр, А ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... .. 200
- Найбільше зворотна напруга, Uобрм, В. .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1000
- Падіння напруги на відкритому діоді, Uпр, В ... ... ... ... ..... ... ... ... ... ... 1,45
- Гранично допустима робоча частота, f, кГц ... ... ... ... ... ...... ... ... ... ... .... 0,5
- Діапазон допустимих робочих температур, Т, оС ... ... ... ... ... ... ... ... -60 .. +190
2.8.4 Визначення диференціального опору вентиля

(2.91)

hв = 1,2 *,


hв = 1,2 · = 0,0087 Ом.
2.8.5 Опір плеча моста

(2.92)

hп = 2 · hв, Ом
hп = 2.0, 0087 = 0,0174
2.8.6 Орієнтовне значення активного опору фази випрямляча

(2.93)

,
де К2 - коефіцієнт схеми випрямлення, К2 = 4;
Rн - опір навантаження, Rн = Uд / Iд = 2,79 Ом;
N - число стержнів трансформатора, N = 2;
fc - частота мережі живлення, fc = 50 Гц;
Bm - максимальна індукція в сталі сердечника, Bm = 0,7 Тл;

2.8.7 Визначення індуктивності розсіювання обмоток трансформатора при fc = 50 Гц.

(2.94)

, Гн
де КL - коефіцієнт, що залежить від схеми випрямлення, КL = 6,4.

2.8.8 Індуктивний опір обмоток трансформатора

(2.95)

xT = 2 · p · fc · Ls, Ом
xT = 2 · p · 50.0, 807 = 253 Ом.
2.8.9 Розрахунковий випрямлена напруга ненавантаженого випрямляча

			(2.96)

, У

2.8.10 Фактичне зворотна напруга на вентилі

(2.97)

, У



2.9 Вибір і розрахунок фільтра, що згладжує


2.9.1 Розрахунок коефіцієнта згладжування

, (2.98)
де , - Амплітуда основної гармоніки пульсацій і постійна складова напруги на вході фільтра, = 183,6 В, = 274 В.
, - Амплітуда основної гармоніки пульсацій і постійна
складова напруги на виході фільтру, = 1 В, = 274 В. / 3 /
.
2.9.2 Вибір схеми фільтра
Вибираємо Г-образний LC-фільтр.
Визначаємо твір Lд · З:
(2.99)
де mn - частота пульсацій випрямленої напруги, mn = 100 Гц; с-1


2.9.3 Визначення мінімального значення індуктивності дроселя, Lд.мін, Гн
(2.100)

За розрахунковим значенням Lд.мін вибираємо стандартний дросель фільтру ДПМ 400-1000 з наступними параметрами:
індуктивність дроселя Lд, Мк Гн ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... .. ... ... 1000
номінальний постійний струм, А ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .400
2.9.4 Розрахунок ємності конденсатора фільтра С, Ф
(2.101)
2.9.5 Робоча напруга конденсатора
Робоча напруга конденсатора більше значення випрямленої напруги

(2.102)

, У

За розрахунковим значенням С і робочій напрузі вибираємо конденсатор
К50-78-450В - 220мкФ ± 20%.

2.10 Вибір трансформатора в джерело живлення
2.10.1 Теоретичне значення типовий потужності трансформатора

(2.103)

ST = KT · Uн · IД, Вт
де KT - схемний коефіцієнт типовий потужності трансформатора;
Uн - номінальна напруга мережі;
IД - середній випрямлений струм.
ST = 1,23 · 220.98 = 26519
2.10.2 Розрахункова типова потужність трансформатора

(2.104)

РТ = Кс · Кт · Sт, Вт
де Кс - коефіцієнт запасу, враховує можливе зниження напруги мережі.
РТ = 1,1 · 1,23 · 26 519 = 35880.
За розрахунковим значенням типовий потужності вибираємо силовий трансформатор ТС-40 з наступними параметрами:
типова номінальна потужність, Sт, кВА ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
напруга у вторинній обмотці, U2, В ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. 208
напруга короткого замикання, Uкз,% ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .10
2.10.3 Чинне значення первинного струму трансформатора

(2.105)

,
, А
де Кi1 - схемний коефіцієнт первинного струму;
Ктр - коефіцієнт трансформації трансформатора.


3 Опис роботи системи
Регулятор призначений для управління роботою перетворювача за законом, заданому вхідним сигналом і захисту.

3.1 Блок регулятора.
Схема електрична принципова блоку регулятора наведена на листі 1 графічної частини курсового проекту. Блок регулятора складається з диференціальних підсилювачів заданого значення частоти обертання і фактичного значення частоти обертання, регулятора частоти обертання, охопленого через обмежувач імпульсного струму ланцюгом негативним зворотним зв'язком, регулятора струму, широтно-імпульсного модулятора, генератора тактової частоти, схеми вимірювання та середньоквадратичного обмеження якірного струму і схеми захисту і контролю.
Регулятор частоти обертання складається з основних елементів DA2.3, DA4 і VT4.
Заданий значення частоти обертання двигуна (напруга в межах від 0 до + /-10В) надходить на ВХОД1 перетворювача і далі на диференційний підсилювач DA2.2, коефіцієнт підсилення якого дорівнює 1.
Дійсне значення частоти обертання двигуна від тахогенератора надходить на ВХІД BR + і далі через фільтр нижніх частот з постійною часу t »0.5мс на диференційний підсилювач DA2.1 з коефіцієнтом посилення 0.35. Вихідна напруга підсилювача можна змінювати за допомогою змінного резистора R30 в 2.5 рази. Таким чином, коефіцієнт підсилення від ВХОДУ BR + до виходу зі змінного резистора R30 можна регулювати в межах від 0.35 до 0.14. Це дозволяє нормувати напруга тахогенератора на 8В задає напруги при напрузі самого тахогенератора в межах від 20 до 30В. Ця межа можна розширити зміною номіналів резисторів R13 і R14.
Різниця заданого значення та напруги тахогенератора надходить на
пропорційно-інтегруюче ланка DA2.3, DA4 (ПІД-регулятор), напруга на виході якого змінюється до тих пір, поки різниця напруг на вході не стане рівною нулю. Постійну часу інтегрування і коефіцієнт посилення ланки за допомогою резистора R58 можна регулювати від Т = C17 · R26 = 3мс і К = R52/R26 = 7.5 до Т = 0 і К = 1500.
При необхідності параметри регулятора можна змінити. Для цього конденсатор С17, резистори R50 і R52 розташовані на спеціальних контактах.
Резистор R45 і стабілітрон VD9 служать для обмеження максимального вихідного напруги на рівні + / - (10 + / -0.5) В. За допомогою резистора R46 можна встановити рівень обмеження менший 10В.
Операційний підсилювач DA4 працює в режимі повторювача. Резистор R34 служить для установки 0. / 4 /

3.2 Регулятор струму (РТ).
Напруга з виходу DA4, пропорційне задається струму двигуна, надходить на пропорційно інтегруюча ланка (ПІД - регулятор) DA5.1, що має постійну часу Т = (R68 + R73) · C21 = 0.65мс і коефіцієнт підсилення К = R80/R68 + R73 = 2.
На регулятор струму надходить також і напруга, пропорційне фактичній струму двигуна з вимірника струму якоря (R75, L1, DA1.3, DA1.4, VT5-VT7), який має постійну часу 50мкс.
На виході РТ задане значення струму порівнюється з фактичним значенням струму, різниця цих сигналів посилюється РТ. / 4 /

3.3 Широтно-імпульсний перетворювач (ШИП).
Так як вихідні транзистори приладу можуть приймати тільки два стани контактів вимикача - «відкритий» чи «закритий», то для одержання проміжних величин вихідні транзистори перемикають по змінно в обидва стану з максимально можливою частотою. При цьому коефіцієнт заповнення визначає величину вихідної напруги.
Напруга з виходу DA5.1 інвертується DA5.2 і ці напруги надходять на компаратори DA6.1 і DA6.2, де порівнюються з трикутним
напругою, що надходять з генератора DA5.3, DA5.4.
Період трикутних імпульсів дорівнює (120 + / -10) мкс, амплітуда + / -10 В.
При рівності нулю вихідної напруги регулятора струму імпульси на виході компараторів DA6.1 і DA6.2 мають однакову тривалість і форму меандру (шпаруватість дорівнює 2). Якщо вихідна напруга регулятора струму не дорівнює нулю, то шпаруватість імпульсів на виході компараторів DA6.1 і DA6 .2 змінюється. Ці імпульси далі інвертуються DD3.3 і DD3.5. Неінвертіруемие і інвертіруемие імпульси з виходів DD3.2, DD3.3, DD3.5,
DD3.6 далі надходять на ланцюжки затримки позитивних імпульсів, постійна часу ланцюжків для позитивного фронту дорівнює 10мкс. На виході ланцюжків затримки імпульси мають позитивний фронт у вигляді експоненційної функції з часом наростання до половини амплітуди близько 10мкс. Цей рівень відповідає порогу спрацьовування тригерів Шмітта DD4.1 - DD4.4. У результаті на виході (DD5.1 ​​- DD5.4) імпульси, що відповідають кожному з виходів регулятора струму, інверсний одне одному і їх передні фронти зрушені щодо задніх фронтів інверсних імпульсів на 10мкс. Ці імпульси врешті-решт є для керування силовими ключами перетворювача.
Кожна інверсна пара імпульсів подається на входи двох послідовно включених силових ключів. Затримка в 10мкс виключає наскрізне коротке замикання через ключі і виконана з урахуванням часу включення транзисторів.
Не дивлячись на цю затримку перемикання, вихідний струм, що має активно-індуктивний характер, не переривається, а замикається через діоди зворотного мосту, включені паралельно силових ключів.
При зростанні вхідного задає сигналу шпаруватість на виходах компараторів DA6.1, DA6.2, а відповідно, і на входах силових ключів змінюється в протифазі, так що на одній половині вихідного каскаду модулятора напруга прагне до 0, на іншій - до напруги джерела живлення. При повному задаючому сигналі вихідна напруга встановлюється рівним напрузі джерела живлення. При зміні знака задає сигналу змінюється і знак вихідної напруги.

3.4 Обмеження максимального і ефективного струму
На ланцюга вимірювання та обмеження максимального і ефективного струму якоря двигуна напруга надходить з датчика струму двигуна. Максимального струму двигуна відповідає напруга + /-0.375В. Ця напруга надходить на вхід диференціального каскаду посилення (VT6, VT7).
Крім того, на цей каскад надходить синфазное напруга, величина якого може досягати напруги живлення. Для збереження балансу каскад у всьому діапазоні синфазного напруги стабілізовано базовий струм за допомогою генератора струму VT5 (1мА) і напруга бази щодо середньої точки за допомогою стабілітрона VD13. Коефіцієнт посилення каскаду дорівнює 2. Посилене диференціальним каскадом напруга датчика струму двигуна надходить на підсилювач DA1.3 і DA1.4 (коефіцієнт посилення дорівнює 13).
Таким чином, напрузі датчика струму, рівному 0.375В, відповідає напруга 10В на виведенні 14 мікросхеми DA1.4. це напруга поступає як негативного зворотного зв'язку на регулятор струму і на контрольну точку Х2 (IЯ).
З виведення 14 мікросхеми DA1.4 напруга надходить на схему зведення в квадрат. Інвертор DA1.2 і діоди VD4, VD5 перетворюють напруга, пропорційне струму двигуна, в однополярний, негативне. Ця напруга зводиться в квадрат наступним чином. Поки напруги на катодах стабілітронів VD6, VD7 менше напруги стабілізації VD6 (3.3В), коефіцієнт посилення каскаду на DA1.1 дорівнює 0.1. При напрузі рівному або більшому напруги стабілізації стабілітрона VD6, за коефіцієнтом підсилення каскаду починає рости і стає рівним одиниці. При подальшому збільшенні вхідної напруги до 6.2В і вище пробивається стабілітрон VD7 і коефіцієнт підсилення каскаду зростає до 2.
Таким чином, вихідна напруга квадратно наближене пропорційно до струму якорів. Ця напруга через RC ланцюжок з постійною часу t = R33 · C14 = 10с надходить на DA3.4 на висновок 12. На вивід 13 цієї мікросхеми надходить опорне напруга з R20.
Якщо напруга на виводі 12 менше опорного напруги, то діоди VD10, VD11 закриті відповідним напругою з висновків 8 і 14
мікросхеми DA3. Як тільки напруга на виводі 12 стане близьким до опорного напрузі, діоди VD10 і VD11 шунтируют вхід мікросхеми DA4 для збільшення напруги на її вході, тобто обмежують вихідна напруга регулятора частоти обертання і тим самим обмежують струм двигуна. Одночасно відкривається транзистор VT3, який видає на вихід перетворювача сигнал про настання режиму обмеження струму.
Максимальний (імпульсний) струм регулюється потенціометром R46. / 4 /

3.5 Контроль роботи тахогенератора.
Контроль роботи тахогенератора здійснюється методом несучої частоти. Напруга з генератора трикутного напруги DA5.4 з виведення 14 надходить на удвоітель частоти DA3.1, який працює в режимі двухполупериодного детектора (VD15, VD16). Далі мікросхема DA3.2 формує прямокутні імпульси, які через R44 і C1 надходять в ланцюг тахогенератора. Якщо тахогенератор підключено до перетворювача і його ланцюг не порушена, то ці прямокутні імпульси, пройшовши через якір тахогенератора, надходять на детектор VD2. Позитивне напруга відкриває транзистор VT1 і відповідно закриває транзистор VT2. Якщо внутрішнє джерело живлення перетворювача справний, то через резистор R92 на вхід інвертора DD1.4 при закритому транзисторі VT2 надходить логічна одиниця. Логічний нуль з виходу інвертора DD1.4 надходить на мікросхему DD6 і через резистор R94 на вивід 3 мікросхеми DD2.1.Сістема дозволу роботи та захисту включає в себе тригер DD2.1, DD2.2.Еслі перетворювач справний і підключений правильно, то на висновках 2,3,4,5 мікросхеми DD2.1 логічний нуль. Поява одиниці на oдном з цих висновків означає несправність однієї з ланцюгів. Якщо ланцюг тахогенератора розімкнена, або несправний внутрішнє джерело живлення перетворювача, то на виводі 9 інвертора DD1.4 логічний нуль, а на виводі 3 DD2.1 і на виводі 13 DD2.2-логічна одиниця. При нормальній роботі перетворювача на всіх входах мікросхеми DD6 повинен бути логічний нуль, а на виході логічна одиниця. У цьому випадку транзистори VT4, VT9 закриваються, забезпечуючи нормальну роботу інтеграторів, а мікросхема DD4 працює в режимі формування імпульсів. При появі однієї з несправностей або зняття дозволу роботи на виході DD6 встановлюється логічний нуль і робота перетворювача припиняється.

3.6 Захист від короткого замикання і перевищення допустимого рівня
живлячої напруги.
Якщо струм силових ключів перетворювача перевищує 4-х, 5-й кратне значення номінального струму, то на бази транзисторів VT8, VT10 щодо їх емітерів надходить напруга 0.85В. Транзистори відкриваються і на виведення 5 мікросхеми DD2.1 подається логічна одиниця. Логічна одиниця також виникає, якщо напруга живлення перетворювача перевищує поріг, заданий стабілітронами VD17 - VD20.

3.7 Захист при несправностей внутрішніх джерел живлення
«+15 В» і «-15В».
Якщо напруга джерела «+15 В» опуститься нижче 10В, то на виході інвертора DD1.3 з'явиться логічна одиниця. Якщо напруга «-15В» зміниться до-10В, то на виході DD1.2 з'явиться логічна одиниця. Ці логічні одиниці надходять на вивід 3 мікросхеми DD6, забороняючи роботу перетворювача.
3.8 Попереднє посилення керуючих сигналів Шипа
Для отримання мінімального часу включення і виключення силових ключів транзистори ключів використовуються тільки в квазінасищеніі, тобто залишкова напруга на транзисторі у включеному стані регулюється на 2В, забезпечується чотирма попередніми підсилювачами, окремо кожного силового ключа. Харчування передпідсилювачів здійснюється від внутрішнього джерела живлення, який забезпечує чотири гальванічно розв'язаних напруги »10В.
Передпідсилювач складається з чотирьох незалежних ключових каскадів, які, окрім вхідних підсилювачів аналогічні один одному. Розглянемо каскад, зібраний на транзисторах VT1, VT3, VT5, VT6. Він складається з двотактного емітерного повторювача (VT5, VT6), двокаскадного підсилювача (VT1, VT3), випрямляча VD5, C7 і випрямляча VD9, L1, L2, C8.
Харчування каскаду здійснюється імпульсною напругою, що надходять з вторинної обмотки трансформатора, що знаходиться на платі джерела живлення перетворювача. Ця обмотка підключена до клем 26 і 27 роз'єму Х1. Позитивна напівхвиля цієї напруги детектується амплітудним детектором VD5. На конденсаторі С7 виділяється напруга 6В.
Діод VD9 шунтирует позитивну півхвилю живлячої напруги. Негативна напівхвиля шунтується дроселями L1, L2 і конденсатором C8. На конденсаторі C8 виділяється напруга 6В.
На контакт 25 щодо 0В (контакти 22В, 11В) з емітерів силових транзисторів Шипа надходять позитивні імпульси частот 8.5 кГц і амплітудою від 45 до 300В. Ці імпульси через контакт 26, обмотку живильного трансформатора, контакт 27, діод VD5 подаються для живлення транзисторів VT1, VT3.
На контакт 23А надходять імпульси позитивної полярності частот 8.5 кГц і амплітудою 10В.
Співвідношення резисторів R1, R3, R7 вибрано таким чином, щоб забезпечити роботу транзистора VT1 в режимі генератора струму. У відкритому стані його струм дорівнює від 1 до 2мА.
Транзистор VT3 працює в ключовому режимі. Діоди VD1, VD3 забезпечують ненасичений режим роботи транзистора VT3.
При нульовій напрузі на контакті 23А транзистори VT1 ​​і VT3 закриті і напругою на базах транзисторів VT5, VT6 щодо їх емітерів негативно. Транзистор VT5 закритий. Транзистор VT6 знаходиться в активному режимі, і його навантаженням є діод в проводяться стані і резистор 100 Ом, який підключений до контактів 24, 25 роз'єму Х1.
При вступі на контакт 23А позитивного імпульсу транзистор VT1 переходить в активний режим і своїм струмом відкриває транзистор VT3. Напруга на базі транзистора VT5, VT6 щодо їх емітерів стає позитивним. Транзистор VT6 закритий, транзистор VT5 знаходиться в активному режимі. Його навантаженням є послідовно з'єднані переходи база - емітер силових транзисторів шипа.
Конденсатори C1, C3 підвищують завадостійкість каскаду. Діод VD6 служить для виведення з насичення силових транзисторів шипа.

Висновок
В результаті виконання курсової роботи був розроблений електропривод механізму підйому з заданими параметрами швидкості підйому, а також його система управління. Були досліджені основні характеристики двигунів постійного струму, що дозволило обрати оптимальний двигун. Обраний двигун був перевірений на забезпечення заданих швидкісних параметрів системи. Був проведений розрахунок основних параметрів і вибір основних елементів широтно-імпульсного перетворювача. Елементи ШИП обрані з сучасної елементної бази (силові IGBT-транзистори), що забезпечує кращі технічні показники. Був забезпечений розрахунковий тепловий баланс схеми ШИП.
Проведено статичний і динамічний розрахунок системи. Побудовано статичні характеристики ДПТ, логарифмічні частотні і фазові характеристики системи. Визначено запаси стійкості по частоті і фазі. Для корекції поведінки системи був застосований ПІД-регулятор. Побудований перехідний процес замкнутої системи. По ньому переконалися, що система відпрацьовує вплив управління за заданий проміжок часу.
Були обрані елементи джерела живлення: трансформатор, випрямляч, що згладжує фільтр. Були розраховані їх основні параметри.
Для управління широтно-імпульсним перетворювачем розроблена схема управління. Були обрані датчики струму (шунт), швидкості (тахогенератор). Визначено основні параметри схеми управління ШИП.

Список використаних джерел
1 В.М. Рапутов. Електрообладнання кранів металургійних підприємств. 1986р.
2 Карнаухов Н.Ф. Електромеханічні модулі мехатронних систем. Основи розрахунку і проектування: Навчальний посібник. - Ростов-на-Дону: Видавничий центр ДДТУ, 2001р.
2 Карнаухов Н.Ф. Електромеханічні системи. Основи розрахунку: Навчальний посібник: Видавничий центр ДДТУ. Ростов-на-Дону 1998р.
4 Карнаухов Н.Ф. Стабілізований вторинний джерело живлення систем управління роботів: Метод. вказівки - Ростов-на-Дону: РІСХМ 1991р.
5 Цифрові електроприводи з транзисторними перетворювачами / Герман-Галкін С.Г., Лебедєв В.Д., Марков Б.А. - Л.: Вища школа, 1986р.
6 Солодовников В.В. Основи теорії та елементи систем автоматичного регулювання: Учеб. Посібник для вузів. - М.: Машинобудування, 1985.