Thiết kế bộ biến đổi điện tử công suất ứng dụng cho truyền động di chuyển của xe vận chuyển tự hành

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.

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 Chiều dài xe L2(m) 1,15 - 1,22 Tốc độ xe nâng Km/h 13 - 15 Động cơ nâng Kw 8,2 Điện áp nguồn ắc quy V 48 Động cơ chạy xe 5Kw - 48V - 60A DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6 Đồ án tốt ngiệp Trang Chương I. TỔNG QUAN VỀ XE NÂNG CHUYỂN TỰ HÀNH 16 Hình 1.1. Xe nâng tự hành bằng tay siêu thấp 16 Hình 1.2. Xe nâng tự hành bằng tay cao 17 Hình 1.3. Xe nâng tự hành được truyền động bằng động cơ Diezel 18 Hình 1.4. Xe nâng điện bán tự động 19 Hình 1.5. Xe nâng tự hành điện tự động 19 Hình 1.6. Xe nâng tự hành điện 20 Hình 1.7. Kích thước và đồ thị xe nâng tự hành được truyền động bằng động cơ một chiều kích từ nối tiếp 22 Hình 1.8. Các thiết bị cơ bản của xe nâng chuyển được truyền động bằng động cơ một chiều kích từ nối tiếp 22 Hình 1.9. Sơ đồ nguyên lý động cơ điện một chiều KTNT 26 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 26 Hình 1.11. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp 27 Hình 1.12. Ảnh hưởng của mạch phần ứng tới đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 28 Chương II. LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG VÀ BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHO XE NÂNG CHUYỂN TỰ HÀNH 30 Hình 2.1. Sơ đồ nguyên lý mạch điện khống chế hệ truyền động di chuyển xe nâng điều khiển bằng điện trở 31 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 Chương IV. THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 52 Hình 4.1. Nguyên lý điều khiển băm áp một chiều 53 Hình 4.2. Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung một chiều kiểu PWM 54 Hình 4.3. Sơ đồ tạo xung tam giác một cực tính 55 Hình 4.4. Mạch so sánh hai cổng bằng KĐTT 57 Hình 4.5. Driver M57957L dùng cho điều khiển IGBT 59 Hình 4.6. Điện trở hạn chế dòng điều khiển 59 Hình 4.7. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động cơ di chuyển xe nâng tự hành 61 Chương V. XÉT ĐẶC TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG 61 Hình 5.1. Đặc tính cơ bộ băm áp một chiều (dòng điện liên tục) 62 Hình 5.2. Sơ đồ khối của hệ thống với các khâu phản hồi 64 Hình 5.3. Sơ đồ khối của hệ thống khi chỉ có khâu phản hồi âm tốc độ 64 8 Đồ án tốt ngiệp Hình 5.4. Đặc tính quá độ dòng điện 67 Hình 5.5. Hệ điều tốc hai mạch vòng tốc độ quay và dòng điện 68 Hình 5.6. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống 68 Hình 5.7. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của hệ thống điều tốc hai mạch vòng 70 Hình 5.8. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của mạch vòng dòng điện 70 Hình 5.9. Mạch vòng dòng điện kín 71 Hình 5.10. Sơ đồ cấu trúc trạng thái động của mạch vòng tốc độ quay và xử lý gần đúng của nó (bỏ qua nhiễu phụ tải) 72 Hình 5.19. Sơ đồ cấu trúc Matlab của hệ thống 74 DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT 9 Đồ án tốt ngiệp TT KÝ HIỆU GIẢI THÍCH 1. BXMC Băm xung một chiều 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 hiện từ lâu và hiện nay nó là một trong những phương tiện vận chuyển hàng hóa rất thuận lợi và hiệu quả. Xe có thể nâng nhiều chủng loại hàng hoá khác nhau với yêu cầu chất lượng nâng chuyển khá cao. Đây là loại phương tiện rất linh hoạt, di chuyển nâng tải không theo một lộ trình nhất định mà do con người điều khiển, vì thế xe nâng tự hành có thể di chuyển đến những nơi mà các phương tiện vận tải khác không thể đến được. Với những ưu việt đó nên xe nâng tự hành liên tục được các nhà sản xuất trong nước và trên thế giới không ngừng cải tiến và nâng cấp từ đặc tính kỹ thuật đến mẫu mã. Tuy nhiên khi thiết kế loại phương tiện này người ta đặc biệt quan tâm đến các vấn đề như sử dụng năng lượng gì, tiêu hao về năng lượng thế nào và ảnh hưởng của nó tới môi trường sống của con người. Có nhiều loại xe nâng nhưng loại xe nâng điện được đánh giá là có triển vọng tốt trong tương lai vì nó được sử dụng nguồn năng lượng sạch và môi trường hoạt động của nó khá đa dạng. Tuy vậy nó gặp phải vấn đề là sử dụng nguồn điện từ ắc quy, có công suất nhỏ, phải nạp điện thường xuyên, trong khi đó các hệ thống truyền động điện cho loại xe này hiện nay còn sử dụng các bộ biến trở để khởi động và điều chỉnh tốc độ xe, làm tổn thất năng lượng điện rất lớn. Việc hạn chế tối đa tổn thất năng lượng, nâng cao đặc tính kỹ thuật của hệ thống, đáp ứng được yêu cầu công nghệ hiện nay là vấn đề đang được quan tâm. Xuất phát từ yêu cầu thực tế đó, em được giao đồ án tốt ngiệp với nhiệm vụ “Thiết kế bộ biến đổi điện tử công suất ứng dụng cho truyền động di chuyển của xe nâng chuyển tự hành ”. Nội dung đồ án được chia làm 5 chương: Chương 1: Tổng quan về xe nâng chuyển tự hành. Chương 2: Lựa chọn phương án truyền động và bộ biến đổi điện tử công suất cho xe nâng chuyển tự hành. Chương 3: Thiết kế mạch lực. Chương 4: Thiết kế mạch điều khiển. Chương 5: Xét đặc tính ổn định của hệ truyền động. 12 Đồ án tốt ngiệp 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 Bánh xe Hình 1.1. Xe nâng tự hành bằng tay siêu thấp 14 [...]... tay, xe truyn ng bng ng c diezel, xe truyn ng bng ng c kớch t ni tip Xe bỏn t ng hoc xe t ng khụng cú cu khỏc vi xe cú cu, tuy nhiờn b phn chuyn ng cú cỏc b phn chớnh sau: ng c, c quy, hp s, cu sau, cỏc bỏnh xe trc, bỏnh xe sau, h thng iu khin, h thng ốn v tớn hiu bỏo ng c, c quy ca xe nõng t hnh cú trng lng ln nờn thng c b trớ phớa sau xe, cũn cng nõng v tr nõng nm phớa trc nhm cõn bng cho xe khi xe. .. Hộp đựng ăcquy Càng Bánh hơi Cng nõng Hình 1.6 Xe nâng tự hành đợc truyền động bằng động cơ một chiều KTNT Hp ng c quy Bỏnh hi Hỡnh 1.6 Xe nõng t hnh c truyn ng bng ng c mt chiu KTNT 19 ỏn tt ngip Hỡnh 1.7 Kớch thc v th xe nõng t hnh c truyn ng bng ng c mt chiu KTNT Xớch kộo c quy ng c di chuyn xe ng c chy xe nõng ng c nõng Hỡnh 1.8 Cỏc thit b c bn ca xe nõng - chuyn c truyn ng bng ng c mt chiu KTNT... xớch lm cho cng nõng nõng, h lờn xung Hin nay xe nõng t hnh cú cu to hỡnh dỏng khỏ a dng ph thuc vo tng hóng, tng nc sn xut 1.2.2 c dim c trng cho ch lm vic ca xe nõng t hnh Mt s c im c trng cho ch lm vic ca xe: Ti trng khụng c nh, ng c truyn ng cho xe cú mụmen thay i theo ti trng rt rừ rt Trong h truyn ng, cỏc c cu ca xe nõng yờu cu quỏ trỡnh tng tc v gim tc xy ra phi ờm, c bit l i vi cỏc loi xe dựng... 1.1.2 Xe nõng truyn ng bng ng c diezel 15 ỏn tt ngip Xe nõng loi ny phc v cho nõng - vn chuyn ngoi tri nh cng bin, cụng trỡnh xõy dng, sõn baycú kh nng nõng vi ti trng ln Kt cu ca xe tng i chc chn, cú y chc nng gn nh ca ụ tụ nh ng c truyn ng chớnh cho xe H thng khi ng xe bng ngun mt chiu t c quyiamụ, cú vụ lng iu khin, cú h thng phanh hóm m bo hóm dng ờm, cú cỏc tớn hiu cũi, ốn chiu sỏng, xe chy... dng ngun nng lng nhõn to rt cú trin vng, trong tng lai ngun nng lng ny s di do hn Mt s xe nõng chuyn t hnh bng in s dng ng c in truyn ng: Xe nõng in bỏn t ng: Ngun in mt chiu t c quy c cp cho ng c, ng c c dựng nõng, khụng cú ng c dựng di chuyn xe Ti trng nõng t 100 Kg n vi tn, ti trng xe t 396 Kg n 475 Kg Xe nõng t hnh in t ng: - Xe nõng in t ng i Loan: Model FB20 3s/4,5M; Ti trng nõng 2 tn; Chiu cao... lp hi; Cú h thng thy lc Cng nõng c quy 24v ữ 72v Xớch kộo Hỡnh 1.4 Xe nõng in bỏn t ng Hỡnh 1.5 Xe nõng in t ng i Loan - Xe nõng in t ng hiu FEELER i Loan 18 ỏn tt ngip Bng 1.2 Mt s thụng s k thut ca xe nõng chuyn bng in hiu FEELER - i Loan Model Ti trng nõng Chiu cao nõng thp nht Chiu cao cabin xe Chiu di xe Tc xe nõng ng c chy xe ng c nõng in ỏp ngun c quy Kg H1(mm) FEELER 2950 3000-6000 FEELER... hnh Yờu cu cú linh hot cao trong di chuyn Vỡ th vic trang b in cho h truyn ng xe nõng phi c c lp vi cỏc h truyn ng xung quanh Thng truyn ng cho xe l ng c xng, ng c diezel, ng c in mt chiu i vi xe truyn ng bng ng c t trong ch dựng hot ng iu kin ngoi tri vỡ nú gõy ting n, tn hao nhiu nhiờn liu xng du, c bit l nú thi khớ gõy ụ nhim mụi trng iu ny khụng thớch hp cho xe nõng hot ng cỏc siờu th, th vin,... = Trong ú: (1.15) Fc Rb [ N m] i. (1.16) i t s truyn - hiu sut ca h truyn ng; v - tc di chuyn theo phng ngang ca xe Chng II LA CHN PHNG N TRUYN NG V B BIN I IN T CễNG SUT CHO XE NNG CHUYN T HNH Xe nõng chuyn t hnh cú hai dng truyn ng chớnh: Truyn ng chy xe v truyn ng nõng h Nhng yờu cu c bn ca h truyn ng cho xe nõng l: - Cu to ca h iu khin n gin, tn hao nng lng ớt - Cỏc phn t cú tin cy cao, n gin... dng cho truyn ng di chuyn ca xe nõng t hnh 2.1 H truyn ng di chuyn xe nõng iu khin bng in tr 2.1.1 S nguyờn lý Chỳ thớch: M1 ng c truyn ng nõng ti (thụng qua h thng thu lc) M2 ng c truyn ng chy xe nõng c iu chnh tc bng in tr ni tip vi phn ng ng c v c hóm bng phanh hóm in t (FT) UN - Ngun mt chiu cp cho h thng bng ngun in c quy cú in ỏp t 24 ữ 72V Rf1, Rf2 - Cỏc cp in tr khi ng v iu chnh tc ng c xe. .. ng c in truyn ng cho xe nõng, ci thin nhc im ca ng c t trong Tuy nhiờn ngun nng lng cp 22 ỏn tt ngip cho ng c phi l ngun nng lng c lp t ngun in c quy Ngun in ny cn cú thit b lu tr c lp, cú cụng sut khụng ln nờn phi np in thng xuyờn trong mt thi gian nht nh Mt vn t ra hin nay i vi h thng truyn ng in cho xe nõng l lm th no mt lng cụng sut in nht nh cú th chy xe nõng vi qung ng di nht v cú th nõng