电动叉车他励电动机调速性能研究

李春卉，胡军中

(1.军事交通学院 军事物流系，天津300161;2.浙江美科斯叉车有限公司，浙江 富阳311400)

目前，电动叉车驱动系统大多数仍为直流驱动系统，其中，他励驱动系统与串励驱动系统、并励驱动系统相比，具有调速范围广、易于控制和可靠性高等优点。但是，影响他励电动机他励控制器的可控性参数比较多，其调速也相对繁琐，一般调速控制器都具有大量的可编程参数供用户设定，因此合理配置他励控制器参数可以满足不同用户的调速需求。

1 电动叉车调速原理

电动叉车速度的改变大都是通过加速器的改变进而引起电枢PWM 的改变，从而达到调速目的。他励控制器电枢回路采用半桥控制，是一个典型的buck 电路(如图1 所示)。通过控制MOSFET 管Q1 的通断来改变电枢电压值。当MOS 管Q1 栅极为高电平时导通，电枢两端的电压变为Us，导通时间为t1，当MOS 管Q1 栅极为低电平时截止，电枢两端电压变为0，关断时间为t2，如此不断重复此过程(如图2 所示)。在一个周期内，MOS 管Q1 的导通时间与周期的比值为占空比α，因此，电枢两端的电压为［1］

由式(1)可见，调速是通过改变占空比α 的大小来实现的，即改变电枢PWM 的输出值。

图1 电枢回路原理

图2 MOS 管通断时电枢两端电压

2 他励电动机速度控制策略

在电动叉车实际工作过程中，为了提高他励电动机的效率，除了改变电枢PWM 值实现调速外，还要调节励磁电流实现速度调节和负载补偿等功能［2］。如果励磁电流过小，不仅会造成剩磁减少和电枢电流增大，而且会导致转速迅速升高而造成“飞车”危险，甚至有可能损坏整个电枢部分。因此，通过设置最小励磁电流、励磁特性图和励磁特性曲线起始点参数来保证系统的安全性。在电枢电流小于励磁特性曲线起始点时，电动机按照他励特性运行，保证启动时提供比较大的转矩;在电枢电流大于励磁特性曲线起始点时，电动机模拟串励电动机的特性运行，励磁电流随着电枢电流正比例变化，在达到额定转速以后，增加励磁电流来限制转速的升高。

他励调速控制系统具有较高的可控性，可以通过调节加速器死区电压、最大速度、爬行速度和加速器百分比等可编程参数来满足车辆的使用要求，改变其中任意一项参数都可以改变控制器输出。当踩压加速器踏板，加速器超过设置的死区电压范围，控制器输出将开始增加到爬行速度设定值之上。当加速器输入增加，控制器输出持续变大;当加速器进入上死区，控制器输出将达到最大值，最大值由最大速度参数来决定。加速器百分比决定了电动叉车的可控性，加速器百分比设定为50%，则根据加速器的位置产生一个线性输出。加速器百分比低于50%时减小控制系统输出，车辆启动缓慢;加速器百分比高于50%时电枢PWM 输出较大，车辆启动迅速，且高速控制更精确、更灵敏［3］。

3 他励电动机调速性能实验

选取48 V/500 A 他励控制器和他励电动机作为实验对象，电动机额定功率为8 kW，额定电枢电压为45 V，额定电枢电流为220 A，额定转速为1 500 r/min。

加速踏板采用感应式踏板，具有图3 所示的行程—电压特性。加速器百分比为电压与踏板行程变化的斜率，可通过编程器设定，合理设定该值，可增加人们操作的舒适性及安全性。

图3 加速器电压随行程的变化

3.1 他励电动机转速与负载转矩关系

加速器百分比为50%和70%时，改变负载转矩时所对应的电动机转速(见表1)，通过表1 的数据得到电动机转速随转矩的变化曲线(如图4 所示)。

表1 不同负载转矩时的电动机转速 r/min

从图4 可知，他励电动机具有较硬的机械特性，且机械特性基本不随加速器百分比的变化改变。个别采集点偏离机械特性曲线较远，主要是由于电动机与测功机之间配合以及共振的作用，使速度的变化不平稳引起的。

图4 他励电动机转速与负载转矩关系

3.2 加速器百分比与电枢PWM 的关系

通过编程器对影响速度参数设置如下:加速器死区10%，上死区100%，爬行速度10%，最大速度100%。加速器百分比在50%和20%时，电枢输出PWM 随加速器的变化见表2 和图5。

表2 不同加速器行程时的电枢PWM 值

图5 加速器行程与电枢PWM 的关系

从图5 可看出当加速器百分比为50%时，加速器行程与电枢PWM 呈线性关系;当加速器百分比低于50%的设定值时，在较小的加速器施加区域，加速器特性减少控制器输出，增强了慢速控制，增强其操作的舒适性。同样，加速器百分比高于50%的值，电动机高速控制更精确、更灵敏。

3.3 励磁电流对速度的影响

设置编程器参数如下:励磁特性图50%，励磁特性图开始点60 A，最小励磁电流4 A，最大励磁限流100%。励磁电流随加速器的变化见表3 和图6。

表3 励磁特性图为50%时励磁电流随加速器行程变化

图6 加速器行程与励磁电流的关系

从图6 可看出，当励磁特性图参数为50%时，电动机励磁电流随加速器行程增加而线性增加，可以模拟串励电动机，提高蓄电池叉车的可控性。励磁特性图开始点可用来平衡负载和空载时的行车最大速度，增加该参数的设定值，会增大车辆保持水平行驶最大速度时可载重的最大值。

4 结 论

(1)合理设置他励控制器参数，可以满足不同车辆的调速要求。电动叉车将其励磁特性图设为50%，完全可以模拟串励直流电动机速度的控制，启动时可以提供比较大的启动转矩，减小最小励磁电流可提高最大速度，但一般不小于电动机额定励磁电流或3 A，否则超出换向器的工作区域，容易发生飞车危险。

(2)电动叉车加速器百分比设置不大于50%，可使车辆慢速控制更精确、更灵敏，爬行速度及最大速度可据操作需要进行设置。

［1］ 张文斌，康少华，段秀兵. 蓄电池机械调速特性试验研究［J］.起重运输机械，2010(1):83-85.

［2］ 夏永峰，杨汝清，王晨. 基于他励电机的智能车速度控制［J］.机械与电子，2008(4):17-19.

［3］ 李跃华.他励电动机控制器软件设计与实现［D］. 苏州:苏州大学，2005.