Đồ án tốt ngiệp
BỘ LAO ĐỘNG -TB VÀ XÃ HỘI CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐHSPKT VINH Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên: Nguyễn Văn Thăng Hệ đào tạo: Chính quy.
Lớp: ĐHLT Điện A – K2 Ngành: Công nghệ Kỹ Thuật Điện.
Khoa: Điện.
1.Tên đề tài:
“Thiết kế bộ biến đổi điện tử công suất ứng dụng cho truyền động di
chuyển của xe vận chuyển tự hành”.
2. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
2.1. Số liệu cho ban đầu: Được lấy từ quá trình khảo sát máy.
2.2. Nội dung thực hiện:
2.2.1. Tổng quan về xe vận chuyển tự hành.
2.2.2. Phân tích lựa chọn phương án truyền động và bộ biến đổi điện tử công suất
cho xe vận chuyển tự hành.
2.2.3. Thiết kế bộ biến đổi điện tử công suất cho truyền động di chuyển cho xe vận
chuyển tự hành theo bảng số liệu.
2.2.4. Xét đặc tính ổn định của hệ truyền động.
3. Ngày giao nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp: Ngày 8 tháng 2 năm 2011.
Trưởng bộ môn Giáo viên hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)
Nhiệm vụ Đồ án tốt nghiệp đã được hội đồng thi tốt nghiệp của khoa thông qua.
Ngày tháng 4 năm 2011
Chủ tịch hội đồng
5
Đồ án tốt ngiệp
Bảng thông số xe nâng tự hành điện tự động hiệu FEELER - Đài Loan
Tải trọng nâng Kg 2950
Chiều cao nâng thấp nhất H1(m) 3- 6
Chiều cao cabin xe H3(m) 2,13

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ truyền động di chuyển xe nâng điều chỉnh
tốc độ bằng điện trở mạch phần ứng 32
Hình 2.3. Đặc tính khởi động động cơ một chiều kích từ nối tiếp qua 2 cấp
điện trở phụ 32
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý động cơ một chiều kích từ nối tiếp 33
Hình 2.5. Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 33
Hình 2.6. Sơ đồ cấu trúc Matlab hệ truyền động di chuyển xe nâng khởi động
và điều chỉnh tốc độ bằng điện trở mạch phần ứng 35
7
Đồ án tốt ngiệp
Hình 2.7. Đường đặc tính tốc độ và dòng điện khi động cơ khởi động
qua 2 cấp điện trở phụ 35
Hình 2.8. Đường đặc tính tốc độ và dòng điện phần ứng khi động cơ
làm việc với cấp điện trở Rf
1
trong mạch phần ứng 36
Hình 2.9. Nguyên lý băm xung một chiều (BXMC) 37
Hình 2.10. Băm xung một chiều nối tiếp 39
Hình 2.11. Băm xung một chiều song song 40
Hình 2.12. Băm xung một chiều nối tiếp – song song 42
Hình 2.13. Băm xung một chiều đảo chiều sơ đồ cầu 44
Hình 2.14. Băm xung một chiều đảo chiều, điều khiển riêng 45
Hình 2.15. Băm xung một chiều đảo chiều điều khiển đối xứng 46
Hình 2.16. Băm xung một chiều đảo chiều điều khiển đối xứng 47
Hình 2.17. Băm xung một chiều đảo chiều, điều khiển không đối xứng luật
điều khiển tạo chiều dòng điện tải dương 48
Hình 2.18. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung một chiều đảo chiều
sử dụng phương pháp điều khiển không đối xứng 49
Chương III. THIẾT KẾ MẠCH LỰC 50
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý mạch BXMC nối tiếp 51

2. Tr Tranzitor
3. PWM Bộ điều chế độ rộng xung
4. IGBT Tranzitor có cực điều khiển cách ly
5. U
cđ
Điện áp chủ đạo
6. U
rc
Điện áp tựa răng cưa
7. U
đk
Điện áp điều khiển
8. KĐTT Khuếch đại thuật toán
9. PI Bộ điều chỉnh tích phân tỷ lệ
10. ĐC Động cơ
11. BT Tranzitor công suất
12. KTNT Kích từ nối tiếp
MỤC LỤC
Trang
TÀI LIỆU THAM KHẢO 79
10
Đồ án tốt ngiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trong các nhà máy, xí nghiệp công nghiệp, các phân xưởng hay các
công trường xây dựng…Hệ thống nâng – vận chuyển đóng vai trò hết sức quan
trọng. Với nhiều hình thức và phương tiện đa dạng từ thô sơ đến hiện đại như thang
11
Đồ án tốt ngiệp
máy, cầu trục, xe cẩu, xe con, băng chuyền, băng tải… đã nâng cao năng suất vận
chuyển và giảm thiểu sức lao động cho con người. Xe nâng chuyển tự hành đã xuất

Với sự cố gắng của bản thân cùng sự hướng dẫn của các thầy cô giáo trong
bộ môn, đặc biệt là thầy giáo - Thạc sỹ Trần Duy Trinh đã trực tiếp hướng dẫn giúp
đỡ em hoàn thành đồ án này. Mặc dù đã hết sức cố gắng để cuốn đồ án được hoàn
chỉnh, song chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận
được sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên
Nguyễn Văn Thăng
Chương I. TỔNG QUAN VỀ XE NÂNG CHUYỂN TỰ HÀNH
1.1. Giới thiệu chung
Xe nâng tự hành là một dạng của máy nâng - vận chuyển, được dùng để
nâng và vận chuyển các loại hàng đóng kiện, hàng bao gói, có khối lượng lớn ở các
13
Đồ án tốt ngiệp
siêu thị, phòng thí nghiệm, kho, cảng biển…Nó có thể dùng để nâng và vận chuyển
gỗ, sắt, thép, vật liệu xây dựng ở các nhà máy và công xưởng, các công trường xây
dựng… Hiện nay, có rất nhiều chủng loại xe nâng tự hành, mỗi loại được sử dụng
cho mục đích và công việc khác nhau trong những điều kiện môi trường thích hợp.
Chính vì vậy nên cấu tạo của các loại xe nâng tự hành cũng rất đa dạng.
1.1.1. Xe nâng tự hành bằng tay
Xe nâng tự hành bằng tay di chuyển và nâng hàng bằng lực của tay người
điều khiển thông qua hệ thống thủy lực. Tải trọng nâng không lớn, di chuyển chậm,
làm việc trong phạm vi hẹp, phải cần đến sức người. Loại xe nâng này được dùng ở
các phân xưởng, nhà máy sản xuất như: phân xưởng sản xuất giấy, nhà máy đường,
nhà máy dệt…Loại xe này có bánh xe đơn hoặc kép bằng nhựa PU hoặc Nylon;
càng nâng và kích thước càng nâng được thiết kế đa dạng, nhiều kiểu dáng phù hợp
với từng loại xe nâng chuyên biệt; chất liệu của xe được làm bằng thép rỉ sét, có
sơn tĩnh điện để có thể hoạt động ở môi trường khắc nghiệt.
Càng nâng
Tay nâng

càng nâng
W
(mm)
520/685 520/685 520/685 520/685
Đường kính
bánh trước
A
(mm)
φ74×70/82×70 φ74×70/82×70 φ74×70/82×70 φ74×70/82×70
Đường kính
bánh sau
B
(mm)
φ180×50/200×50 φ180×50/200×50 φ180×50/200×50 φ180×50/200×50
1.1.2. Xe nâng truyền động bằng động cơ diezel
Bánh xe
Càng nâng
Tay nâng
Hình 1.2. Xe nâng tự hành bằng tay cao
15
Đồ án tốt ngiệp
Xe nâng loại này phục vụ cho nâng - vận chuyển ở ngoài trời như cảng biển,
công trình xây dựng, sân bay…có khả năng nâng với tải trọng lớn. Kết cấu của xe
tương đối chắc chắn, có đầy đủ chức năng gần như của ô tô như động cơ truyền
động chính cho xe. Hệ thống khởi động xe bằng nguồn một chiều từ ắc quy-
Điamô, có vô lăng điều khiển, có hệ thống phanh hãm đảm bảo hãm dừng êm, có
các tín hiệu còi, đèn chiếu sáng, xe chạy bằng bánh lốp.
Tuy nhiên với loại xe nâng tự hành này nếu hoạt động ở những nơi như: Siêu
thị, khách sạn, phòng thí nghiệm, thư viện, kho lưu trữ sẽ rất không phù hợp bởi
gây tiếng ồn lớn, đặc biệt là làm ô nhiễm môi trường do khí đốt từ động cơ diezel

Một số xe nâng chuyển tự hành bằng điện sử dụng động cơ điện truyền
động:
Xe nâng điện bán tự động:
Nguồn điện một chiều từ ắc quy được cấp cho động cơ, động cơ được dùng
để nâng, không có động cơ dùng để di chuyển xe. Tải trọng nâng từ 100 Kg đến vài
tấn, tải trọng xe từ 396 Kg đến 475 Kg.
Xe nâng tự hành điện tự động:
- Xe nâng điện tự động Đài Loan:
Model FB20 – 3s/4,5M; Tải trọng nâng 2 tấn;
Chiều cao nâng cao nhất 4,5m;
Sử dụng ắc quy tiêu chuẩn 48V- 550A;
17
Đồ án tốt ngiệp
Công suất động cơ nâng 7,5 Kw;
Kiểu lốp hơi; Có hệ thống thủy lực.
Hình 1.5. Xe nâng điện tự động Đài Loan
- Xe nâng điện tự động hiệu FEELER Đài Loan
Hình 1.4. Xe nâng điện bán tự động
Càng nâng
Ắc quy
24v ÷ 72v
Xích kéo
18
Đồ án tốt ngiệp
Bảng 1.2. Một số thông số kỹ thuật của xe nâng
chuyển bằng điện hiệu FEELER - Đài Loan
Model FEELER FEELER FEELER
Tải trọng nâng Kg 2950 3850 4010
Chiều cao nâng thấp nhất H1(mm) 3000-6000
(option)

Vô lăng điều khiển
Hình 1.6. Xe nâng tự hành được truyền động bằng động cơ một chiều KTNT
19
Đồ án tốt ngiệp
Hình 1.7. Kích thước và đồ thị xe nâng tự hành được
truyền động bằng động cơ một chiều KTNT
Xích kéo
Động cơ di
chuyển xe
Ắc quy
Động cơ chạy
xe nâng
Động cơ nâng
Hình 1.8. Các thiết bị cơ bản của xe nâng - chuyển
được truyền động bằng động cơ một chiều KTNT
20
Đồ án tốt ngiệp
1.2. Cấu tạo chung – đặc điểm đặc trưng cho chế độ làm việc và yêu cầu cơ
bản của xe nâng tự hành.
Xe nâng tự hành thường được hoạt động, trang bị trong các nhà xưởng, nhà
máy hoặc để ở ngoài trời. Môi trường làm việc của xe rất nặng nề, đặc biệt là ngoài
hải cảng, các nhà máy hóa chất, các xí nghiệp luyện kim. Các khí cụ, các thiết bị
trong hệ thống truyền động và trang bị điện cho các xe nâng tự hành phải tin cậy
trong mọi điều kiện khắc nghiệt của môi trường, nhằm nâng cao năng suất, an toàn
vận hành và nâng chuyển.
Điều kiện làm việc của xe nâng tự hành tương tự như các máy nâng vận
chuyển thông thường. Tải trọng của xe nâng tự hành dùng trong công nghiệp và
trong các công trình xây dựng có thể nâng tải trọng từ 3 - 15 tấn, hiện nay có loại
có thể nâng tới 40 tấn. Chiều cao nâng từ 3 - 7,5 m có khi đến 15 - 20 m. Tốc độ
nâng từ 0,12 - 0,16m/s.

giảm tốc xảy ra phải êm, đặc biệt là đối với các loại xe dùng để vận chuyển hàng
hóa trong các phòng thí nghiệm, siêu thị…Bởi vậy mô men động trong quá trình
quá độ phải được hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an toàn.
Năng suất của xe nâng quyết định bởi 2 yếu tố: Tải trọng của thiết bị và số
chu kỳ nâng trong một giờ. Số lượng hàng hóa để nâng trong một chu kỳ không
như nhau và nhỏ hơn trọng tải định mức cho nên phụ tải đối với động cơ nâng cũng
như động cơ di chuyển xe chỉ đạt từ 60 – 70% công suất định mức của động cơ.
Điều kiện làm việc của xe thường là ở trong chế độ quá tải nên xe được chế
tạo với độ bền cơ khí cao, các thiết bị điện làm việc có khả năng quá tải lớn.
Xe nâng hoạt động không cố định, không theo một quy luật nào mà phụ
thuộc vào người vận hành. Yêu cầu có độ linh hoạt cao trong di chuyển. Vì thế việc
trang bị điện cho hệ truyền động xe nâng phải được độc lập với các hệ truyền động
xung quanh. Thường truyền động cho xe là động cơ xăng, động cơ diezel, động cơ
điện một chiều. Đối với xe truyền động bằng động cơ đốt trong chỉ dùng hoạt động
ở điều kiện ngoài trời vì nó gây tiếng ồn, tổn hao nhiều nhiên liệu xăng dầu, đặc
biệt là nó thải khí gây ô nhiễm môi trường. Điều này không thích hợp cho xe nâng
hoạt động ở các siêu thị, thư viện, phòng thí nghiệm, khách sạn… Chính vì thế
người ta thay thế động cơ đốt trong bằng động cơ điện để truyền động cho xe nâng,
cải thiện nhược điểm của động cơ đốt trong. Tuy nhiên nguồn năng lượng để cấp
22
Đồ án tốt ngiệp
cho động cơ phải là nguồn năng lượng độc lập – từ nguồn điện ắc quy. Nguồn điện
này cần có thiết bị lưu trữ độc lập, có công suất không lớn nên phải nạp điện
thường xuyên trong một thời gian nhất định. Một vấn đề đặt ra hiện nay đối với hệ
thống truyền động điện cho xe nâng là làm thế nào để một lượng công suất điện
nhất định có thể chạy xe nâng với quảng đường dài nhất và có thể nâng được nhiều
hàng nhất.
Truyền động điện cho xe nâng hiện nay sử dụng phổ biến là hệ truyền động
động cơ đốt trong và hệ truyền động động cơ một chiều, đặc biệt là động cơ một
chiều kích từ nối tiếp vì có tính kinh tế cao, ít ô nhiễm, phù hợp đặc tính khởi động

1.3. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều KTNT
Đặc điểm của động cơ một chiều kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp với
cuộn dây phần ứng (h1.9), nên cuộn dây kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số
vòng dây ít, chế tạo dễ dàng.
Từ thông của động cơ phụ thuộc vào dòng phần ứng (tức là phụ thuộc vào
tải):
'k
=
φ
I
ư
(1.1)
Trong đó : k’ – hệ số phụ thuộc vào cuộn dây kích từ của từng loại động cơ, phụ
thuộc vào dòng điện tải. Khi mạch từ không bão hòa I
ư
< ( 0,8-0,9) I
đm
, k’ coi như là
hằng số.
Hình 1.10. Sự phụ thuộc giữa từ thông và dòng phần ứng (cũng là
dòng kích từ) động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
1.3.1. Phương trình đặc tính cơ
Xuất phát từ các phương trình cơ bản của động cơ điện một chiều:
24
Đồ án tốt ngiệp
U = E + I
ư
R
ư

= k.k’.
2
u
I
, thay vào (1.5) ta có thể tìm được phương trình đặc tính cơ
của động cơ một chiều kích từ nối tiếp:
'.
'.
kk
R
Mkk
U
u
∑
−=
ω
(1.6)
1.3.2. Đường đặc tính cơ
Thực tế, động cơ thường được thiết kế để làm việc với mạch từ bảo hòa ở
vùng tải định mức. Do vậy, khi tải nhỏ, đặc tính cơ có dạng đường hypebol bậc 2
và mềm, còn khi tải lớn (trên định mức) đặc tính có dạng gần thẳng và cứng hơn vì
mạch từ đã bão hoà (φ = const).
Hình 1.11 - Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
25
Đồ án tốt ngiệp
Khi M
c
= 0 (I
ư
= 0), theo phương trình đặc tính cơ (1.6) thì trị số ω sẽ vô

1.3.3. Ảnh hưởng của các thông số điện đối với đặc tính cơ
Ở động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, dòng điện phần ứng cũng là dòng
điện kích từ nên khả năng tải của động cơ hầu như không bị ảnh hưởng bởi điện áp.
Phương trình đặc tính cơ ω = f(M) (1.6) của động cơ điện một chiều kích từ nối
tiếp cho thấy đặc tích cơ bị ảnh hưởng bởi điện trở mạch động cơ (mạch phần ứng
và cũng là mạch kích từ).
Đặc tính cơ tự nhiên cao nhất ứng với điện trở phụ R
p
= 0. Các đặc tính cơ
nhân tạo ứng với R
p
≠ 0. Đặc tính càng thấp khi R
p
càng lớn.
Hình 1.12. Ảnh hưởng của mạch phần ứng tới đặc tính cơ
của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp
Trị số M
mm
suy ra từ phương trình (1.6) khi cho ω = 0
26
Đồ án tốt ngiệp
M
mm
= k.k’
2






ms
R
fGG
F
0
+
=
(1.9)
Trong đó: G – trọng lượng tải trọng, [N]
G
0
– trọng lượng bản thân cơ cấu, [N]
R
b
– bán kính bánh xe, [cm]
f – hệ số ma sát lăn, [cm]
Thành phần lực F
ct
được xác định theo biểu thức:
µ
)(
0
GGF
ct
+=
[N] (1.10)
Nếu dời điểm đặt của lực này về vành bánh xe thì tính theo biểu thức:
b
ct
ct

tính theo biểu thức:
27
Đồ án tốt ngiệp
ααµ
sin).(cos)..(
0
0
''
GGfR
R
GG
F
ct
b
c
+±+
+
=
(1.13)
Đối với xe làm việc ngoài trời, cần phải tính thêm lực cản của gió:
F
gió
= C.
g
γ
.q.
2
∑
v
+ 0,1q.

1000.600
.
=
(1.15)
[ ]
mN
i
RF
M
bc
c
.
.
.
η
=
(1.16)
Trong đó: i – tỷ số truyền
η - hiệu suất của hệ truyền động;
v - tốc độ di chuyển theo phương ngang của xe.
Chương II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG VÀ BỘ BIẾN
ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHO XE NÂNG CHUYỂN TỰ HÀNH

Xe nâng chuyển tự hành có hai dạng truyền động chính: Truyền động chạy
xe và truyền động nâng hạ.
Những yêu cầu cơ bản của hệ truyền động cho xe nâng là:
- Cấu tạo của hệ điều khiển đơn giản, tổn hao năng lượng ít.
- Các phần tử có độ tin cậy cao, đơn giản về cấu tạo, thay thế dễ dàng.
28
Đồ án tốt ngiệp

N
= 72v
K
K
1
K
1
K
2
K
2
FĐT
K
4
K
3
CK§1
CK§2
Động cơ
nâng
Đc xe
M1
M2
29