电动叉车控制系统详解

2016年11月26日

   在今天 电动叉车 领域,交流电气驱动系统的发展十分迅速。相对直流驱动系统,交流电气驱动系统凭借其高效率、免维护、长寿命等优势,吸引了众多厂商和用户的注意,并得到成功的应用。但是,全交流电气驱动系统也存在成本较高、技术复杂及国内用户在整机价格一时难以接受等劣势。

   针对交流驱动系统的优缺点,如何做到既能发挥交流驱动系统的优势,又可以大幅降低整车驱动系统的成本,最大限度的提高叉车性能和在国内加大普及速度?半交流驱动系统是解决叉车驱动系统的最佳方案。
   所谓半交流驱动系统,即叉车行走部分是交流驱动(交流电机+交流控制器),液压提升部分是直流驱动(直流电机+直流控制器)。

目前国内电动叉车电气控制系统配置概况:

这种半交流方案有哪些优点?它的实际应用情况又是如何那?下面将通过具体的技术分析来为主机厂和用户介绍电动叉车半交流电气驱动系统的优势。

   首先我们先了解下交流驱动系统的优缺点
   交流行走驱动系统在应用中的优点
   三相交流异步电机是交流驱动系统的主要组成部分,其工作原理是三相交流电输送给定子绕组,产生旋转磁场,感应闭合的转子绕组,从而产生感应电流,感应电流的磁场与定子旋转磁场相互作用,便产生电磁力推动转子旋转。

 

综上所述,交流行走驱动电机与直流行走驱动电机相比:具有动力强、效率高、噪音低、体积小、重量轻、再生能量高、电磁干扰小、终身免维护、结构简单、易于冷却和寿命长等优点。随着交流电机的控制能力大大增强和交流电机控制器硬件部分的成本逐步降低,为交流电气驱动系统广泛应用和普及创造了良好的基础。

 

交流驱动系统在应用中的缺点
   交流电气驱动系统本身也存在一些缺点:
   1.编码器
   当前的交流控制系统中,编码器是必备器件。安装在交流电机上,用来向交流控制器提供转速及方向信号。由于编码器目前没有国产化,价格较高。使得交流控制系统的整体价格被抬高。
   2.控制器
   由于交流变频调速控制技术很复杂,控制器需要选用较大的微处理器;同时,控制器的三相交流输出也需要使用比直流控制器多得多的功率器件(如:MOSFET),直接导致成本的增加。所以交流控制器价格比直流控制器价格高。
   3.交流电机
   虽然交流电机比较简单,制造工艺和材料都没有直流电机复杂,但由于交流驱动系统应用在国内刚刚起步,除了少数国产电机,大多电机还需进口,尤其是编码器全部进口。所以在未来一段时间内,交流电机价格会比直流电机价格高。
   由此可见,从交流控制系统的整体来看,不仅其技术的复杂和特殊,而且器件的成本高。这使得其整体价格会比直流驱动系统高出许多。这将不可避免的影响主机厂的生产成本,同时也提高了最终用户的采购成本。
   扬长避短的最佳解决方案一半交流驱动系统
   交流驱动控制系统应用于电动叉车行走部分
   采用直流控制系统的电动叉车在运行中出现故障频率较高的是行走驱动部分,主要原因是用户不能及时检查和更换直流行走电机的碳刷及换向器,造成火花大(甚至环火)还在继续使用,导致电流过大烧坏控制器或电机。要从根本上解决,可以采用交流行走控制系统。叉车行走整体性能显著提高,故障及元件更换率明显降低,可靠性大大增强;叉车完好出勤率和单位时间的生产率更高,运行及维护成本更低。将给最终用户、主机厂、配套商带来非常显著的直接和间接的经济效益。


   采用交流行走控制系统的电动叉车优势主要体现在以下方面:
   1.运行与维护成本低
   交流电机终生免维护
   交流电机无需换向接触器(前进,后退换向),节省了部件。更为重要的是,交流电机无碳刷和换向器,不仅电机的体积更加轻便小巧,运转速度提高了,而且彻底摆脱了定期检测和更换碳刷的麻烦,极大地增强了叉车的可靠性与稳定性;同时,在叉车设计时不用考虑预留电机维修空间,甚至可以将电机密封起来,使叉车结构设计更加紧凑。
   采用再生制动,减少机械磨损
   再生制动是一种非接触性制动,无论驾驶者丢开加速器踏板减速,踩制动器踏板刹车,还是切换行驶方向刹车,交流电动机均会处于发电机状态,其电磁转矩转变为制动转矩。这意味着减少刹车片的磨损,延长制动器寿命,降低制动器维护费用,使运行成本更低。同时,由于交流电机在行驶与制动上的效率很高,而且刹车或换向时,都会有再生能量产生,高达30%,并能将再生能量回馈到蓄电池,这会使蓄电池工作时间延长,寿命也更长。虽然直流他励行走电机也有再生制动,但必须在强烈的制动时才能启动,再生能量只有15%。而交流行走控制系统几乎在所有的情况下,交流电机均会产生能量再生,并且持续作用直至叉车完全静止,显然比直流电机的能量再生效率更高。
   2.生产效率提高
   交流电机最高转速比直流电机提高很多,动力更强劲。而且,交流电机可以将获得的再生能量回馈给蓄电池,既延长了电池的使用时间,也提高了叉车的整体性能:启动更快,加速/减速性能提高,缩短了达到最高速度的时间,延长了续航距离,工作效率显著提高。
   3.易于编程,控制能力大增强
   随着变频调速技术取得了突破性发展,交流控制器可以实时控制交流电机的运转,使交流电机的受控能力大大增强,获得了同直流电机一样的调速性能。交流驱动采用速度力矩控制,控制的灵敏度提高,可以提高叉车操作效率;采用加速踏板释放制动功能,前进过程中换向为倒车时可以平稳过渡,提高了叉车的稳定性与可靠性,同时,采用CAN总线,使系统集成更简单,单元设计更灵活。
   4.叉车操作更加舒适
   交流驱动系统在提高叉车驾驶员操作舒适方面所起到的作用与众不同,由于交流电机比直流电机小巧轻便,这使得叉车的设计相对更灵活。
   直流驱动控制系统应用于电动叉车起升和转向部分
   既然交流控制系统优于直流控制系统,为什么还要介绍直流控制系统应用于电动叉车液压工作系统中呢?当然全交流配置的控制系统是目前电动叉车系列中的顶级配置,性能更加优越,运行和维护成本会更低。国外发达地区电动叉车基本上都是全交流顶级配置。但是全交流顶级配置的成本要远高于直流控制系统,一般要高出3-4倍。这对国内绝大多数叉车用户是一时难以接受。为了既能提高电动叉车的整机性能和可靠性,又能在整机成本增加不大的情况下,尽快地拓宽国内外市场。使用户得到实惠、主机厂找到新的经济增长点、配套商降低服务费用。这一举三得的举措能不干嘛!


   因此我们推荐半交流配置方案就能实现上述举措。
   我们知道电动叉车在作业中都在小范围内频繁地前进后退换向,直流控制系统中的换向接触器触点和电机中的碳刷、换向器容易烧蚀和磨损,如不及时检查和更换就会产生系统故障,造成用户抱怨。对此我们推荐采用交流行走控制系统,从根本上杜绝了直流系统中频繁的故障率。
   而在电动叉车液压系统中的泵电机是定向旋转的串励电机,不需要换向接触器。虽然也频繁地起升和倾斜,但每次作业时间都很短,不会超过30秒。如果采用“双泵合一”配置,泵电机兼顾转向,在起升或倾斜不工作时,泵控制器供给泵电机的电压很低,约13V左右(48V电源)。这时泵电机低速旋转,约400-800rpm。由于泵电机是定向旋转且短时工作制,且液压系统已设定了最大压力值,过载时溢流阀(安全阀)自动打开,所以没有很大的电流冲击。因此电机的碳刷和换向器寿命要长得多,相对可靠。同时也延长了碳刷定期检查和更换的时间,降低了运行和维护成本。直流串励电机大扭矩特性是非常适合液压系统的驱动电机。介于直流液压控制系统的作业特点和价格优势,电动叉车半交流控制系统在当前很有生命力,整机特性和销售价格容易被国内外用户接受,市场前景肯定很好.

 

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