李春卉，胡軍中

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

目前，電動(dòng)叉車(chē)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大多數(shù)仍為直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中，他勵(lì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與串勵(lì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、并勵(lì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相比，具有調(diào)速范圍廣、易于控制和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。但是，影響他勵(lì)電動(dòng)機(jī)他勵(lì)控制器的可控性參數(shù)比較多，其調(diào)速也相對(duì)繁瑣，一般調(diào)速控制器都具有大量的可編程參數(shù)供用戶(hù)設(shè)定，因此合理配置他勵(lì)控制器參數(shù)可以滿足不同用戶(hù)的調(diào)速需求。

1 電動(dòng)叉車(chē)調(diào)速原理

電動(dòng)叉車(chē)速度的改變大都是通過(guò)加速器的改變進(jìn)而引起電樞PWM 的改變，從而達(dá)到調(diào)速目的。他勵(lì)控制器電樞回路采用半橋控制，是一個(gè)典型的buck 電路(如圖1 所示)。通過(guò)控制MOSFET 管Q1 的通斷來(lái)改變電樞電壓值。當(dāng)MOS 管Q1 柵極為高電平時(shí)導(dǎo)通，電樞兩端的電壓變?yōu)閁s，導(dǎo)通時(shí)間為t1，當(dāng)MOS 管Q1 柵極為低電平時(shí)截止，電樞兩端電壓變?yōu)?，關(guān)斷時(shí)間為t2，如此不斷重復(fù)此過(guò)程(如圖2 所示)。在一個(gè)周期內(nèi)，MOS 管Q1 的導(dǎo)通時(shí)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(jiàn)，調(diào)速是通過(guò)改變占空比α 的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)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(shí)電樞兩端電壓

2 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)速度控制策略

在電動(dòng)叉車(chē)實(shí)際工作過(guò)程中，為了提高他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的效率，除了改變電樞PWM 值實(shí)現(xiàn)調(diào)速外，還要調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)和負(fù)載補(bǔ)償?shù)裙δ埽?］。如果勵(lì)磁電流過(guò)小，不僅會(huì)造成剩磁減少和電樞電流增大，而且會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)速迅速升高而造成“飛車(chē)”危險(xiǎn)，甚至有可能損壞整個(gè)電樞部分。因此，通過(guò)設(shè)置最小勵(lì)磁電流、勵(lì)磁特性圖和勵(lì)磁特性曲線起始點(diǎn)參數(shù)來(lái)保證系統(tǒng)的安全性。在電樞電流小于勵(lì)磁特性曲線起始點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)按照他勵(lì)特性運(yùn)行，保證啟動(dòng)時(shí)提供比較大的轉(zhuǎn)矩;在電樞電流大于勵(lì)磁特性曲線起始點(diǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)模擬串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的特性運(yùn)行，勵(lì)磁電流隨著電樞電流正比例變化，在達(dá)到額定轉(zhuǎn)速以后，增加勵(lì)磁電流來(lái)限制轉(zhuǎn)速的升高。

他勵(lì)調(diào)速控制系統(tǒng)具有較高的可控性，可以通過(guò)調(diào)節(jié)加速器死區(qū)電壓、最大速度、爬行速度和加速器百分比等可編程參數(shù)來(lái)滿足車(chē)輛的使用要求，改變其中任意一項(xiàng)參數(shù)都可以改變控制器輸出。當(dāng)踩壓加速器踏板，加速器超過(guò)設(shè)置的死區(qū)電壓范圍，控制器輸出將開(kāi)始增加到爬行速度設(shè)定值之上。當(dāng)加速器輸入增加，控制器輸出持續(xù)變大;當(dāng)加速器進(jìn)入上死區(qū)，控制器輸出將達(dá)到最大值，最大值由最大速度參數(shù)來(lái)決定。加速器百分比決定了電動(dòng)叉車(chē)的可控性，加速器百分比設(shè)定為50%，則根據(jù)加速器的位置產(chǎn)生一個(gè)線性輸出。加速器百分比低于50%時(shí)減小控制系統(tǒng)輸出，車(chē)輛啟動(dòng)緩慢;加速器百分比高于50%時(shí)電樞PWM 輸出較大，車(chē)輛啟動(dòng)迅速，且高速控制更精確、更靈敏［3］。

3 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能實(shí)驗(yàn)

選取48 V/500 A 他勵(lì)控制器和他勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，電動(dòng)機(jī)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(zhuǎn)速為1 500 r/min。

加速踏板采用感應(yīng)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(guò)編程器設(shè)定，合理設(shè)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(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩關(guān)系

加速器百分比為50%和70%時(shí)，改變負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)所對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(見(jiàn)表1)，通過(guò)表1 的數(shù)據(jù)得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的變化曲線(如圖4 所示)。

表1 不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min

從圖4 可知，他勵(lì)電動(dòng)機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，且機(jī)械特性基本不隨加速器百分比的變化改變。個(gè)別采集點(diǎn)偏離機(jī)械特性曲線較遠(yuǎn)，主要是由于電動(dòng)機(jī)與測(cè)功機(jī)之間配合以及共振的作用，使速度的變化不平穩(wěn)引起的。

圖4 他勵(lì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)載轉(zhuǎn)矩關(guān)系

3.2 加速器百分比與電樞PWM 的關(guān)系

通過(guò)編程器對(duì)影響速度參數(shù)設(shè)置如下:加速器死區(qū)10%，上死區(qū)100%，爬行速度10%，最大速度100%。加速器百分比在50%和20%時(shí)，電樞輸出PWM 隨加速器的變化見(jiàn)表2 和圖5。

表2 不同加速器行程時(shí)的電樞PWM 值

圖5 加速器行程與電樞PWM 的關(guān)系

從圖5 可看出當(dāng)加速器百分比為50%時(shí)，加速器行程與電樞PWM 呈線性關(guān)系;當(dāng)加速器百分比低于50%的設(shè)定值時(shí)，在較小的加速器施加區(qū)域，加速器特性減少控制器輸出，增強(qiáng)了慢速控制，增強(qiáng)其操作的舒適性。同樣，加速器百分比高于50%的值，電動(dòng)機(jī)高速控制更精確、更靈敏。

3.3 勵(lì)磁電流對(duì)速度的影響

設(shè)置編程器參數(shù)如下:勵(lì)磁特性圖50%，勵(lì)磁特性圖開(kāi)始點(diǎn)60 A，最小勵(lì)磁電流4 A，最大勵(lì)磁限流100%。勵(lì)磁電流隨加速器的變化見(jiàn)表3 和圖6。

表3 勵(lì)磁特性圖為50%時(shí)勵(lì)磁電流隨加速器行程變化

圖6 加速器行程與勵(lì)磁電流的關(guān)系

從圖6 可看出，當(dāng)勵(lì)磁特性圖參數(shù)為50%時(shí)，電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁電流隨加速器行程增加而線性增加，可以模擬串勵(lì)電動(dòng)機(jī)，提高蓄電池叉車(chē)的可控性。勵(lì)磁特性圖開(kāi)始點(diǎn)可用來(lái)平衡負(fù)載和空載時(shí)的行車(chē)最大速度，增加該參數(shù)的設(shè)定值，會(huì)增大車(chē)輛保持水平行駛最大速度時(shí)可載重的最大值。

4 結(jié) 論

(1)合理設(shè)置他勵(lì)控制器參數(shù)，可以滿足不同車(chē)輛的調(diào)速要求。電動(dòng)叉車(chē)將其勵(lì)磁特性圖設(shè)為50%，完全可以模擬串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)速度的控制，啟動(dòng)時(shí)可以提供比較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，減小最小勵(lì)磁電流可提高最大速度，但一般不小于電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁電流或3 A，否則超出換向器的工作區(qū)域，容易發(fā)生飛車(chē)危險(xiǎn)。

(2)電動(dòng)叉車(chē)加速器百分比設(shè)置不大于50%，可使車(chē)輛慢速控制更精確、更靈敏，爬行速度及最大速度可據(jù)操作需要進(jìn)行設(shè)置。

［1］ 張文斌，康少華，段秀兵. 蓄電池機(jī)械調(diào)速特性試驗(yàn)研究［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2010(1):83-85.

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

［3］ 李躍華.他勵(lì)電動(dòng)機(jī)控制器軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］. 蘇州:蘇州大學(xué)，2005.