電動(dòng)叉車控制系統(tǒng)詳解(帶電路圖).doc

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電動(dòng)叉車控制系統(tǒng)詳解（帶電路圖） 在今天電動(dòng)叉車領(lǐng)域，交流電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展十分迅速。相對(duì)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，交流電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)憑借其高效率、免維護(hù)、長壽命等優(yōu)勢(shì)，吸引了眾多廠商和用戶的注意，并得到成功的應(yīng)用。但是，全交流電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)也存在成本較高、技術(shù)復(fù)雜及國內(nèi)用戶在整機(jī)價(jià)格一時(shí)難以接受等劣勢(shì)。 針對(duì)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，如何做到既能發(fā)揮交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，又可以大幅降低整車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的成本，最大限度的提高叉車性能和在國內(nèi)加大普及速度？半交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是解決叉車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的最佳方案。 所謂半交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，即叉車行走部分是交流驅(qū)動(dòng)（交流電機(jī)+交流控制器），液壓提升部分是直流驅(qū)動(dòng)（直流電機(jī)+直流控制器）。 目前國內(nèi)電動(dòng)叉車電氣控制系統(tǒng)配置概況： 這種半交流方案有哪些優(yōu)點(diǎn)？它的實(shí)際應(yīng)用情況又是如何那？下面將通過具體的技術(shù)分析來為主機(jī)廠和用戶介紹電動(dòng)叉車半交流電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。 首先我們先了解下交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn) 交流行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在應(yīng)用中的優(yōu)點(diǎn) 三相交流異步電機(jī)是交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的主要組成部分，其工作原理是三相交流電輸送給定子繞組，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，感應(yīng)閉合的轉(zhuǎn)子繞組，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用，便產(chǎn)生電磁力推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 綜上所述，交流行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)與直流行走驅(qū)動(dòng)電機(jī)相比：具有動(dòng)力強(qiáng)、效率高、噪音低、體積小、重量輕、再生能量高、電磁干擾小、終身免維護(hù)、結(jié)構(gòu)簡單、易于冷卻和壽命長等優(yōu)點(diǎn)。隨著交流電機(jī)的控制能力大大增強(qiáng)和交流電機(jī)控制器硬件部分的成本逐步降低，為交流電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用和普及創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。 交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在應(yīng)用中的缺點(diǎn) 交流電氣驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)本身也存在一些缺點(diǎn)： 1.編碼器 當(dāng)前的交流控制系統(tǒng)中，編碼器是必備器件。安裝在交流電機(jī)上，用來向交流控制器提供轉(zhuǎn)速及方向信號(hào)。由于編碼器目前沒有國產(chǎn)化，價(jià)格較高。使得交流控制系統(tǒng)的整體價(jià)格被抬高。 2.控制器 由于交流變頻調(diào)速控制技術(shù)很復(fù)雜，控制器需要選用較大的微處理器；同時(shí)，控制器的三相交流輸出也需要使用比直流控制器多得多的功率器件（如：MOSFET），直接導(dǎo)致成本的增加。所以交流控制器價(jià)格比直流控制器價(jià)格高。 3.交流電機(jī) 雖然交流電機(jī)比較簡單，制造工藝和材料都沒有直流電機(jī)復(fù)雜，但由于交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用在國內(nèi)剛剛起步，除了少數(shù)國產(chǎn)電機(jī)，大多電機(jī)還需進(jìn)口，尤其是編碼器全部進(jìn)口。所以在未來一段時(shí)間內(nèi)，交流電機(jī)價(jià)格會(huì)比直流電機(jī)價(jià)格高。 由此可見，從交流控制系統(tǒng)的整體來看，不僅其技術(shù)的復(fù)雜和特殊，而且器件的成本高。這使得其整體價(jià)格會(huì)比直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)高出許多。這將不可避免的影響主機(jī)廠的生產(chǎn)成本，同時(shí)也提高了最終用戶的采購成本。 揚(yáng)長避短的最佳解決方案一半交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 交流驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)叉車行走部分 采用直流控制系統(tǒng)的電動(dòng)叉車在運(yùn)行中出現(xiàn)故障頻率較高的是行走驅(qū)動(dòng)部分，主要原因是用戶不能及時(shí)檢查和更換直流行走電機(jī)的碳刷及換向器，造成火花大（甚至環(huán)火）還在繼續(xù)使用，導(dǎo)致電流過大燒壞控制器或電機(jī)。要從根本上解決，可以采用交流行走控制系統(tǒng)。叉車行走整體性能顯著提高，故障及元件更換率明顯降低，可靠性大大增強(qiáng)；叉車完好出勤率和單位時(shí)間的生產(chǎn)率更高，運(yùn)行及維護(hù)成本更低。將給最終用戶、主機(jī)廠、配套商帶來非常顯著的直接和間接的經(jīng)濟(jì)效益。 采用交流行走控制系統(tǒng)的電動(dòng)叉車優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下方面： 1.運(yùn)行與維護(hù)成本低 交流電機(jī)終生免維護(hù) 交流電機(jī)無需換向接觸器（前進(jìn)，后退換向），節(jié)省了部件。更為重要的是，交流電機(jī)無碳刷和換向器，不僅電機(jī)的體積更加輕便小巧，運(yùn)轉(zhuǎn)速度提高了，而且徹底擺脫了定期檢測(cè)和更換碳刷的麻煩，極大地增強(qiáng)了叉車的可靠性與穩(wěn)定性；同時(shí)，在叉車設(shè)計(jì)時(shí)不用考慮預(yù)留電機(jī)維修空間，甚至可以將電機(jī)密封起來，使叉車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加緊湊。 采用再生制動(dòng)，減少機(jī)械磨損 再生制動(dòng)是一種非接觸性制動(dòng)，無論駕駛者丟開加速器踏板減速，踩制動(dòng)器踏板剎車，還是切換行駛方向剎車，交流電動(dòng)機(jī)均會(huì)處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，其電磁轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橹苿?dòng)轉(zhuǎn)矩。這意味著減少剎車片的磨損，延長制動(dòng)器壽命，降低制動(dòng)器維護(hù)費(fèi)用，使運(yùn)行成本更低。同時(shí)，由于交流電機(jī)在行駛與制動(dòng)上的效率很高，而且剎車或換向時(shí)，都會(huì)有再生能量產(chǎn)生，高達(dá)30%，并能將再生能量回饋到蓄電池，這會(huì)使蓄電池工作時(shí)間延長，壽命也更長。雖然直流他勵(lì)行走電機(jī)也有再生制動(dòng)，但必須在強(qiáng)烈的制動(dòng)時(shí)才能啟動(dòng)，再生能量只有15%。而交流行走控制系統(tǒng)幾乎在所有的情況下，交流電機(jī)均會(huì)產(chǎn)生能量再生，并且持續(xù)作用直至叉車完全靜止，顯然比直流電機(jī)的能量再生效率更高。 2.生產(chǎn)效率提高 交流電機(jī)最高轉(zhuǎn)速比直流電機(jī)提高很多，動(dòng)力更強(qiáng)勁。而且，交流電機(jī)可以將獲得的再生能量回饋給蓄電池，既延長了電池的使用時(shí)間，也提高了叉車的整體性能：啟動(dòng)更快，加速/減速性能提高，縮短了達(dá)到最高速度的時(shí)間，延長了續(xù)航距離，工作效率顯著提高。 3．易于編程，控制能力大增強(qiáng) 隨著變頻調(diào)速技術(shù)取得了突破性發(fā)展，交流控制器可以實(shí)時(shí)控制交流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，使交流電機(jī)的受控能力大大增強(qiáng)，獲得了同直流電機(jī)一樣的調(diào)速性能。交流驅(qū)動(dòng)采用速度力矩控制，控制的靈敏度提高，可以提高叉車操作效率；采用加速踏板釋放制動(dòng)功能，前進(jìn)過程中換向?yàn)榈管嚂r(shí)可以平穩(wěn)過渡，提高了叉車的穩(wěn)定性與可靠性，同時(shí)，采用CAN總線，使系統(tǒng)集成更簡單，單元設(shè)計(jì)更靈活。 4．叉車操作更加舒適 交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在提高叉車駕駛員操作舒適方面所起到的作用與眾不同，由于交流電機(jī)比直流電機(jī)小巧輕便，這使得叉車的設(shè)計(jì)相對(duì)更靈活。 直流驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)叉車起升和轉(zhuǎn)向部分 既然交流控制系統(tǒng)優(yōu)于直流控制系統(tǒng)，為什么還要介紹直流控制系統(tǒng)應(yīng)用于電動(dòng)叉車液壓工作系統(tǒng)中呢？當(dāng)然全交流配置的控制系統(tǒng)是目前電動(dòng)叉車系列中的頂級(jí)配置，性能更加優(yōu)越，運(yùn)行和維護(hù)成本會(huì)更低。國外發(fā)達(dá)地區(qū)電動(dòng)叉車基本上都是全交流頂級(jí)配置。但是全交流頂級(jí)配置的成本要遠(yuǎn)高于直流控制系統(tǒng)，一般要高出3-4倍。這對(duì)國內(nèi)絕大多數(shù)叉車用戶是一時(shí)難以接受。為了既能提高電動(dòng)叉車的整機(jī)性能和可靠性，又能在整機(jī)成本增加不大的情況下，盡快地拓寬國內(nèi)外市場(chǎng)。使用戶得到實(shí)惠、主機(jī)廠找到新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)、配套商降低服務(wù)費(fèi)用。這一舉三得的舉措能不干嘛！ 因此我們推薦半交流配置方案就能實(shí)現(xiàn)上述舉措。 我們知道電動(dòng)叉車在作業(yè)中都在小范圍內(nèi)頻繁地前進(jìn)后退換向，直流控制系統(tǒng)中的換向接觸器觸點(diǎn)和電機(jī)中的碳刷、換向器容易燒蝕和磨損，如不及時(shí)檢查和更換就會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)故障，造成用戶抱怨。對(duì)此我們推薦采用交流行走控制系統(tǒng)，從根本上杜絕了直流系統(tǒng)中頻繁的故障率。 而在電動(dòng)叉車液壓系統(tǒng)中的泵電機(jī)是定向旋轉(zhuǎn)的串勵(lì)電機(jī)，不需要換向接觸器。雖然也頻繁地起升和傾斜，但每次作業(yè)時(shí)間都很短，不會(huì)超過30秒。如果采用“雙泵合一”配置，泵電機(jī)兼顧轉(zhuǎn)向，在起升或傾斜不工作時(shí)，泵控制器供給泵電機(jī)的電壓很低，約13V左右（48V電源）。這時(shí)泵電機(jī)低速旋轉(zhuǎn)，約400-800rpm。由于泵電機(jī)是定向旋轉(zhuǎn)且短時(shí)工作制，且液壓系統(tǒng)已設(shè)定了最大壓力值，過載時(shí)溢流閥（安全閥）自動(dòng)打開，所以沒有很大的電流沖擊。因此電機(jī)的碳刷和換向器壽命要長得多，相對(duì)可靠。同時(shí)也延長了碳刷定期檢查和更換的時(shí)間，降低了運(yùn)行和維護(hù)成本。直流串勵(lì)電機(jī)大扭矩特性是非常適合液壓系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。介于直流液壓控制系統(tǒng)的作業(yè)特點(diǎn)和價(jià)格優(yōu)勢(shì)，電動(dòng)叉車半交流控制系統(tǒng)在當(dāng)前很有生命力，整機(jī)特性和銷售價(jià)格容易被國內(nèi)外用戶接受，市場(chǎng)前景肯定很好 。