一種電動叉車直流電控系統的設計方案

閆君杰，王國盛

（河南工學院，河南 新鄉 453000）

電動叉車由于具有能量轉換效率高、無廢氣排放、噪聲低、控制方便等顯著優點，得到了飛快發展。但我國相比其他發達國家，電動叉車生產仍處于起步階段，國內廠家的技術水平與產品質量相對于國外先進的工業車輛制造商尚有一定差距，三電(電控、電機、電瓶)狀況落后。本文介紹了一種電動叉車直流電控系統。

1 機件選擇

本系統設計中選用了串勵直流電機作為驅動電機，鉛酸蓄電池作為系統電源。這是由于直流電動機具有結構簡單，串勵直流電機具有較大的起動轉矩和過載能力，可以滿足電動汽車快速啟動、加速、爬坡、頻繁啟／停等要求。鉛酸蓄電池成本低，技術可靠，生產工藝成熟，應用廣泛。

2 電動叉車直流電機調速系統電路設計

2.1 控制器設計

控制器電路總體系統框圖如圖1所示，控制器內部分為功率回路和控制回路兩大部分。可選用功率為3～25kW的串勵直流電機，12～48V的蓄電池供電。

圖1 控制器電路總體系統框圖

功率回路：

采用MOSFET構成的斬波器來控制驅動電機的轉速。在MOSFET斷開的瞬間，電動機電流從續流二極管通過，續流二極管相當于整流器的功能，使電機轉速變化平穩。在蓄電池正負極間直接連接高頻濾波電容，為功率開關整流后的電源提供濾波。其中采用反接制動二極管，在串勵電機反接制動期間，為電樞提供電流。

控制回路：

電動汽車調速信號從控制器的油門輸入端子輸入，并經油門調節電路進行整形、限幅、限流等處理，失控保護模塊監測輸入的調速信號，一旦檢測到調速信號異常則觸發限流模塊限制控制器輸出，調速信號經過油門調節模塊后進入電流限制模塊，當發生欠壓、過溫等故障和電動汽車反接制動時，電流限制模塊能夠限制控制器輸出電流。然后，調速信號與三角波振蕩器生成的三角波進行調制形成PWM脈寬調制信號，PWM信號經過門極驅動模塊放大、隔離后驅動MOSFET。電路總控制（通斷電控制，即通電和剎車信號）通過鑰匙開關控制接線端子引入控制器，作為驅動控制電路的總開關。

MOSFET斬波器原理：

圖2 功率回路斬波器電路

如圖2所示，利用高效的功率開關器件MOSFET構成的斬波器連接電機和蓄電池，來控制電機的電壓，從而改變電流。MOSFET每秒鐘被控制器控制電路開關15000次，同時占空比隨著調速信號變化。

當MOSFET接通時，電流經過電機，并以電磁場的形式儲存能量；當MOSFET斷開時，儲存的能量使得電流通過續流二極管流入電機。隨著開關的接通斷開，控制電流只上下幅度很小地波動。決定電機轉矩的平均電流被占空比控制，因此能幾乎無損耗地為電機輸送平滑的電流。

2.2 控制器外圍電路設計

（1）控制器外圍電路連線設計，如圖3所示，電路描述如下：

圖3 控制器外圍電路

圖4 加速器原理圖

鑰匙開關是電路總開關，接通后為電路供電。熔斷器是電路保險，提供過流保護。電路中的二極管也是為電路提供保護功能。互鎖開關，與剎車系統的開關互鎖，當制動踏板踏下時，制動開關閉合，此電路中的互鎖開關打開；當制動踏板釋放時，制動開關打開，此電路中的互鎖開關閉合。加速踏板微動開關是與加速踏板相連，由加速踏板控制的開關，當加速踏板踩下去時，加速踏板微動開關接通，當加速踏板釋放時，它斷開。右邊前進/后退單刀雙擲開關是控制電動車行駛方向（前進/后退）的。右邊的主接觸器線圈、前進接觸器線圈和后退接觸器線圈分別和左邊的主接觸器開關、前進接觸器開關、后退接觸器開關構成控制控制器功率電路的主接觸器、控制電機前進方向旋轉的接觸器、控制電機后退方向旋轉的接觸器。S1、S2是驅動系統串勵直流電機的激磁繞組，A1、A2是電機的電樞。加速器是與加速踏板連接的反映油門大小的油門電位計。

控制電路原理如下：

鑰匙開關接通。前進時，扳動前進/后退開關至前進位置，踩下加速踏板，主接觸器、前進接觸器、后退接觸器等工作，經控制器，電路接通，電機在前進方向旋轉，汽車前進，并受控制器控制進行調速。后退時，扳動前進/后退開關至后退位置，踩下加速踏板，主接觸器、前進接觸器、后退接觸器等工作，經控制器，電路接通，電機在后退方向旋轉，汽車倒向行駛，并受控制器控制進行調速。制動時，踩下制動踏板，互鎖開關打開，電路切斷，電機減速，協助制動，使制動更迅速。

（2）加速器（油門電位計/節氣門電位計）設計，如圖4所示，采用兩線可變電阻電位計調速，調速方便，安裝簡單。

3 試驗

此電控系統方案已應用到實車上，進行了路試，半年內安全運行超過5000km，證明了控制系統的設計是合理的、安全可靠的。

4 結語

本文介紹了一種電動叉車直流電控系統的設計，通過對控制系統控制器、外圍電路進行了詳細說明，清楚地展示了控制系統的原理，具有很強的生產指導意義。

該系統控制器考慮到了各種保護措施，而且MOSFET的應用，使得該控制器響應高，壓降小，可以提供十分高效和安靜的工作。控制器外圍電路設計：①利用電機線圈電流變向，控制車的前進方向，操作靈活；②采用兩接頭滑動可變電阻作為電控節氣門，結構簡單，信號準確；③利用制動踏板與主控電路互鎖，使得制動時電路自動斷電，從而快速制動。

[1]李春卉,張海波.電動叉車調速控制系統的發展[J],中國儲運網,2008,(10):125－126.

[2]曹云平.電動車動力電源的發展現狀[J],化工時刊,2001,(10):13－16.