工業車輛最大許用電流與額定電流的倍數研究

趙 亮，趙 騰

機械科學研究院工程機械軍用改裝車試驗場，北京 102100

0 引言

盡管交流異步電機驅動電路復雜，但其具有的結構簡單、運行可靠等優點，使其成為工業車輛發展應用較廣泛的一種選擇。然而交流異步電機的許用電流通常會達到額定電流的5～10 倍（通常認為3～7 倍），這會導致電機的相關設備和機械傳動裝置受到一定損害，降壓許用就是為防止直接許用的一種設計方式，本文基于工業車輛交流異步電機的額定與許用電流間關系，分析了工業車輛的許用電流與保護技術，這一研究對于電機的進一步發展應用有一定的意義。

1 工業車輛電流分析

下面以工業車輛應用最廣的叉車、觀光車作為研究進行全面的分析闡述。

1.1 工業車輛基礎知識研究對比

通過與電機廠家的了解,說明書的分析,還有叉車廠家的現場試驗。了解電機（主要為安徽皖南新維電機有限公司、遼源匯豐電機有限公司、四川東風、SUPEREC）的主要技術參數為下表1～表3 所示。基于表中參數，在實際評估時由于對叉車專業知識及技術不了解，常常對電機質量無法作出合理的判斷。通常電機優越的高質量的叉車其優越的性能往往體現在高效率、低成本、高可靠性、人機工效設計好以及服務便利等諸多方面。

表1 電機參數

表2 5.5kW 交流電機性能參數表

表3 6.3kW 交流電機性能參數表

從上表可以看出感應電機的固有頻率是由滿磁通最大扭矩區與弱磁通區分界點處的旋轉磁場頻率所決定的，當感應電機的頻率大于其固有頻率時，它就開始工作。不過工作過程中要求它的電壓需在額定范圍內，不可以超載。同時逐漸降低頻率要記錄該頻率下電機的電流直到其電流達到最大。收集頻率和電流的數據信息，將它們信息匯合然后做出一條平滑的曲線，通過這條曲線可以看出一拐點，它所對應的頻率即為感應電機的固有頻率，它也是磁通飽和區和弱磁通區的分界點。為了保障電機的電壓為額定電壓要進行相關參數的設定，并要求設置使速度控制回路閉合。

2.2 電動叉車的驅動技術

當前的電動車應用的主要有直流與交流驅動計算。直流驅動技術盡管具有經濟、方便的特點，但其表現出的維修、性能方面的缺陷不斷被放大。交流驅動就是在這一背景下開發應用的，隨著上世紀末的交流動力技術在電動叉車中的推廣，使得電動叉車性能明顯提高。同時伴隨著電子元件的價格大幅度下降，那么該控制器的硬件某些部件的成本也會相對降低，成本將帶了對交流驅動系統的大范圍地推出市場提供了條件。

2.3 交流電機驅動的優勢

研究表明，電動叉車交流驅動系統具有以下優勢：交流電機與直流電機相比無最大電流限制，使得其能有更大制動扭力、更快速度等；交流驅動系統將蓄電池的直流電轉化為三相交變電。能獲得更高頻率調節范圍；在相同的蓄電池容量這一前提下，應交流系統與直流電機相比使用時間延長了，進而有效生產效率；交流驅動所采用的是速度扭矩控制，采用加速踏板釋放制動功能，因而可以平緩的實現前進狀態和倒車狀態的過渡，從而確保叉車行駛的安全性，與此同時其能量也能夠回收。

3 實踐結果電流分析

當叉車的工作模式選擇牽引時，叉車就會具有變負載的工作特性，它既可以空載行駛，又可以滿載行駛還可以帶載爬坡。不過當其工作特性不同時，它的相應的感應電機的工作區也不相同，三種工作特性分別對應著電機的“連續工作區”、“間斷工作區”及“高速區”。

感應電機不同工作區域其各就特點：“連續工作區"一般叉車在空載和額定載荷行駛時，電機處于此工作區的電機始終以恒定功率運行，在這種工作區它允許電機為了獲取理想的轉速而工作在較低的滑差狀態下；“間斷工作區”一般叉車以一定可允許載荷進行爬坡工作時，電機處于此工作區的電機處于恒扭矩階段。通過一系列的驗證得出如表3 所示的對交流電機與電流的關系。

從表3 可以得知所得到的最大許用電流嚴重超載，一般達到額定電流3 倍以上。因此可知電流過大會對電機造成很大損害。同時值得注意的是叉車的造價較高，因此對其電機要更外保護。

經過研究得出，當電機啟動電流達到額定電流的3～4 倍時，線圈發熱量是電機在正常運行時的18～25 倍，產生的電磁力同樣達到了18～25 倍。因此可知溫度過高、加熱速度過快等都將是電機受到巨大的破壞，同時降低了線圈和轉子銅條的使用壽命。除此電力過大會造成供電裝置的損壞。

表4 交流異步電機的額定與許用電流間關系

4 電機保護

現在我國著重發展將電子型電機控制裝置，并將其進行推廣。交流電機的保護是與控制方式緊密聯系的，如車輛直接許用產生的4～7 倍的額定電流，應用不同的元件結構也不完全相同，熱繼電器、溫度繼電器和溫度開關、電子式電機保護控制裝置。

4.1 熱繼電器的原理與技術

下圖為應用廣泛的ZEV 系列熱繼電器的接線圖，其實現了過載、缺相、電流不平衡、接地保護等標準保護功能，應用的保護跳閘采用了數字顯示的方式，其四個按鍵設定數值。熱繼電器采用的是負載電流流經校準元件，使雙金屬熱元件產生彎曲，實現繼電器在電機繞組燒壞前的。

盡管這一技術結構簡單，由工作原理可知，其對工業車輛的頻繁許用的應用產生不了保護作用，且短路故障后無法應用，這一技術隨著科技的不斷傳統的應用方式早已不能滿足需要，其應用多與其他裝置共同使用實現功能。

熱繼電器的接線圖

4.2 溫度繼電器的保護技術

溫度繼電器保護技術主要應用雙金屬片設計的盤式繼電器，它具有顯著的優點，但其也存在一定的問題，因其動作緩慢、返回時間較長，所以在車輛工業很少利用這項技術，而主要應用于空調壓縮技術上。

溫度繼電器不同于熱繼電器，溫度繼電器采用的是裝電機內部溫度變化應用的動作實現，但熱繼電器則應用在了動力線上依據流熱效應實現的。這一保護技術在車輛電機應用較少，但在電動汽車領域已于其他技術結合產生了一些新的應用。

4.3 電子式控制保護技術

伴隨著信息時代進入到生活各個領域，在車輛電機的電子式保護裝置應用的是集成電路、微處理器實現，其特點是實現了斷相保護、溫度保護、監測保護等多功能的設計。電機利用電壓、電流檢測取樣和三相不平衡原理進行斷相保護，此保護原理是由電子分離元件或集成電路構成的。電機工作電壓往往受到電壓波動、網絡負荷不平衡等因素的影響而使其不不易平衡，易出現誤動且斷相的保護范圍小。

5 結論

本文基于分析工業車輛交流異步電機的額定與許用電流間關系，探討了電動叉車等的理念、電動叉車等的驅動技術、交流電機驅動的優勢，以及以實踐結果電流為基礎探討了電機保護，包括熱繼電器的原理與技術、溫度繼電器的保護技術、電子式控制保護技術等，由實踐數據可知，工業車輛用交流電機最大許用電流為額定電流的3 倍。

[1]權全，孫永軍.實用可靠的電動機保護器[J].礦山機械，2001(11).

[2]楊愛萍，伊維斌，韓笑.關于IGBT驅動電路的性能分析[J].煤炭技術，2001(3).

[3]段衛東.三相異步電機的斷相與過流保護[J].世界采礦快報，2000(Z2).

[4]周義剛，張正臣，王銀順，肖立業.YBCO超導帶材交流過流沖擊下的穩定性[J].稀有金屬材料與工程，2008(S4).

[5]邱俊.三相異步電動機缺相的原因及處理[J].電氣工程應用, 2011(4).