電動叉車他勵電動機調速性能研究

李春卉，胡軍中

(1.軍事交通學院 軍事物流系，天津300161;2.浙江美科斯叉車有限公司，浙江 富陽311400)

目前，電動叉車驅動系統大多數仍為直流驅動系統，其中，他勵驅動系統與串勵驅動系統、并勵驅動系統相比，具有調速范圍廣、易于控制和可靠性高等優點。但是，影響他勵電動機他勵控制器的可控性參數比較多，其調速也相對繁瑣，一般調速控制器都具有大量的可編程參數供用戶設定，因此合理配置他勵控制器參數可以滿足不同用戶的調速需求。

1 電動叉車調速原理

電動叉車速度的改變大都是通過加速器的改變進而引起電樞PWM 的改變，從而達到調速目的。他勵控制器電樞回路采用半橋控制，是一個典型的buck 電路(如圖1 所示)。通過控制MOSFET 管Q1 的通斷來改變電樞電壓值。當MOS 管Q1 柵極為高電平時導通，電樞兩端的電壓變為Us，導通時間為t1，當MOS 管Q1 柵極為低電平時截止，電樞兩端電壓變為0，關斷時間為t2，如此不斷重復此過程(如圖2 所示)。在一個周期內，MOS 管Q1 的導通時間與周期的比值為占空比α，因此，電樞兩端的電壓為［1］

由式(1)可見，調速是通過改變占空比α 的大小來實現的，即改變電樞PWM 的輸出值。

圖1 電樞回路原理

圖2 MOS 管通斷時電樞兩端電壓

2 他勵電動機速度控制策略

在電動叉車實際工作過程中，為了提高他勵電動機的效率，除了改變電樞PWM 值實現調速外，還要調節勵磁電流實現速度調節和負載補償等功能［2］。如果勵磁電流過小，不僅會造成剩磁減少和電樞電流增大，而且會導致轉速迅速升高而造成“飛車”危險，甚至有可能損壞整個電樞部分。因此，通過設置最小勵磁電流、勵磁特性圖和勵磁特性曲線起始點參數來保證系統的安全性。在電樞電流小于勵磁特性曲線起始點時，電動機按照他勵特性運行，保證啟動時提供比較大的轉矩;在電樞電流大于勵磁特性曲線起始點時，電動機模擬串勵電動機的特性運行，勵磁電流隨著電樞電流正比例變化，在達到額定轉速以后，增加勵磁電流來限制轉速的升高。

他勵調速控制系統具有較高的可控性，可以通過調節加速器死區電壓、最大速度、爬行速度和加速器百分比等可編程參數來滿足車輛的使用要求，改變其中任意一項參數都可以改變控制器輸出。當踩壓加速器踏板，加速器超過設置的死區電壓范圍，控制器輸出將開始增加到爬行速度設定值之上。當加速器輸入增加，控制器輸出持續變大;當加速器進入上死區，控制器輸出將達到最大值，最大值由最大速度參數來決定。加速器百分比決定了電動叉車的可控性，加速器百分比設定為50%，則根據加速器的位置產生一個線性輸出。加速器百分比低于50%時減小控制系統輸出，車輛啟動緩慢;加速器百分比高于50%時電樞PWM 輸出較大，車輛啟動迅速，且高速控制更精確、更靈敏［3］。

3 他勵電動機調速性能實驗

選取48 V/500 A 他勵控制器和他勵電動機作為實驗對象，電動機額定功率為8 kW，額定電樞電壓為45 V，額定電樞電流為220 A，額定轉速為1 500 r/min。

加速踏板采用感應式踏板，具有圖3 所示的行程—電壓特性。加速器百分比為電壓與踏板行程變化的斜率，可通過編程器設定，合理設定該值，可增加人們操作的舒適性及安全性。

圖3 加速器電壓隨行程的變化

3.1 他勵電動機轉速與負載轉矩關系

加速器百分比為50%和70%時，改變負載轉矩時所對應的電動機轉速(見表1)，通過表1 的數據得到電動機轉速隨轉矩的變化曲線(如圖4 所示)。

表1 不同負載轉矩時的電動機轉速 r/min

從圖4 可知，他勵電動機具有較硬的機械特性，且機械特性基本不隨加速器百分比的變化改變。個別采集點偏離機械特性曲線較遠，主要是由于電動機與測功機之間配合以及共振的作用，使速度的變化不平穩引起的。

圖4 他勵電動機轉速與負載轉矩關系

3.2 加速器百分比與電樞PWM 的關系

通過編程器對影響速度參數設置如下:加速器死區10%，上死區100%，爬行速度10%，最大速度100%。加速器百分比在50%和20%時，電樞輸出PWM 隨加速器的變化見表2 和圖5。

表2 不同加速器行程時的電樞PWM 值

圖5 加速器行程與電樞PWM 的關系

從圖5 可看出當加速器百分比為50%時，加速器行程與電樞PWM 呈線性關系;當加速器百分比低于50%的設定值時，在較小的加速器施加區域，加速器特性減少控制器輸出，增強了慢速控制，增強其操作的舒適性。同樣，加速器百分比高于50%的值，電動機高速控制更精確、更靈敏。

3.3 勵磁電流對速度的影響

設置編程器參數如下:勵磁特性圖50%，勵磁特性圖開始點60 A，最小勵磁電流4 A，最大勵磁限流100%。勵磁電流隨加速器的變化見表3 和圖6。

表3 勵磁特性圖為50%時勵磁電流隨加速器行程變化

圖6 加速器行程與勵磁電流的關系

從圖6 可看出，當勵磁特性圖參數為50%時，電動機勵磁電流隨加速器行程增加而線性增加，可以模擬串勵電動機，提高蓄電池叉車的可控性。勵磁特性圖開始點可用來平衡負載和空載時的行車最大速度，增加該參數的設定值，會增大車輛保持水平行駛最大速度時可載重的最大值。

4 結 論

(1)合理設置他勵控制器參數，可以滿足不同車輛的調速要求。電動叉車將其勵磁特性圖設為50%，完全可以模擬串勵直流電動機速度的控制，啟動時可以提供比較大的啟動轉矩，減小最小勵磁電流可提高最大速度，但一般不小于電動機額定勵磁電流或3 A，否則超出換向器的工作區域，容易發生飛車危險。

(2)電動叉車加速器百分比設置不大于50%，可使車輛慢速控制更精確、更靈敏，爬行速度及最大速度可據操作需要進行設置。

［1］ 張文斌，康少華，段秀兵. 蓄電池機械調速特性試驗研究［J］.起重運輸機械，2010(1):83-85.

［2］ 夏永峰，楊汝清，王晨. 基于他勵電機的智能車速度控制［J］.機械與電子，2008(4):17-19.

［3］ 李躍華.他勵電動機控制器軟件設計與實現［D］. 蘇州:蘇州大學，2005.