閆君杰，王國(guó)盛

（河南工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

電動(dòng)叉車(chē)由于具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)廢氣排放、噪聲低、控制方便等顯著優(yōu)點(diǎn)，得到了飛快發(fā)展。但我國(guó)相比其他發(fā)達(dá)國(guó)家，電動(dòng)叉車(chē)生產(chǎn)仍處于起步階段，國(guó)內(nèi)廠家的技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量相對(duì)于國(guó)外先進(jìn)的工業(yè)車(chē)輛制造商尚有一定差距，三電(電控、電機(jī)、電瓶)狀況落后。本文介紹了一種電動(dòng)叉車(chē)直流電控系統(tǒng)。

1 機(jī)件選擇

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中選用了串勵(lì)直流電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，鉛酸蓄電池作為系統(tǒng)電源。這是由于直流電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，串勵(lì)直流電機(jī)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力，可以滿足電動(dòng)汽車(chē)快速啟動(dòng)、加速、爬坡、頻繁啟／停等要求。鉛酸蓄電池成本低，技術(shù)可靠，生產(chǎn)工藝成熟，應(yīng)用廣泛。

2 電動(dòng)叉車(chē)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

2.1 控制器設(shè)計(jì)

控制器電路總體系統(tǒng)框圖如圖1所示，控制器內(nèi)部分為功率回路和控制回路兩大部分?？蛇x用功率為3～25kW的串勵(lì)直流電機(jī)，12～48V的蓄電池供電。

圖1 控制器電路總體系統(tǒng)框圖

功率回路：

采用MOSFET構(gòu)成的斬波器來(lái)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在MOSFET斷開(kāi)的瞬間，電動(dòng)機(jī)電流從續(xù)流二極管通過(guò)，續(xù)流二極管相當(dāng)于整流器的功能，使電機(jī)轉(zhuǎn)速變化平穩(wěn)。在蓄電池正負(fù)極間直接連接高頻濾波電容，為功率開(kāi)關(guān)整流后的電源提供濾波。其中采用反接制動(dòng)二極管，在串勵(lì)電機(jī)反接制動(dòng)期間，為電樞提供電流。

控制回路：

電動(dòng)汽車(chē)調(diào)速信號(hào)從控制器的油門(mén)輸入端子輸入，并經(jīng)油門(mén)調(diào)節(jié)電路進(jìn)行整形、限幅、限流等處理，失控保護(hù)模塊監(jiān)測(cè)輸入的調(diào)速信號(hào)，一旦檢測(cè)到調(diào)速信號(hào)異常則觸發(fā)限流模塊限制控制器輸出，調(diào)速信號(hào)經(jīng)過(guò)油門(mén)調(diào)節(jié)模塊后進(jìn)入電流限制模塊，當(dāng)發(fā)生欠壓、過(guò)溫等故障和電動(dòng)汽車(chē)反接制動(dòng)時(shí)，電流限制模塊能夠限制控制器輸出電流。然后，調(diào)速信號(hào)與三角波振蕩器生成的三角波進(jìn)行調(diào)制形成PWM脈寬調(diào)制信號(hào)，PWM信號(hào)經(jīng)過(guò)門(mén)極驅(qū)動(dòng)模塊放大、隔離后驅(qū)動(dòng)MOSFET。電路總控制（通斷電控制，即通電和剎車(chē)信號(hào)）通過(guò)鑰匙開(kāi)關(guān)控制接線端子引入控制器，作為驅(qū)動(dòng)控制電路的總開(kāi)關(guān)。

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(kāi)關(guān)器件MOSFET構(gòu)成的斬波器連接電機(jī)和蓄電池，來(lái)控制電機(jī)的電壓，從而改變電流。MOSFET每秒鐘被控制器控制電路開(kāi)關(guān)15000次，同時(shí)占空比隨著調(diào)速信號(hào)變化。

當(dāng)MOSFET接通時(shí)，電流經(jīng)過(guò)電機(jī)，并以電磁場(chǎng)的形式儲(chǔ)存能量；當(dāng)MOSFET斷開(kāi)時(shí)，儲(chǔ)存的能量使得電流通過(guò)續(xù)流二極管流入電機(jī)。隨著開(kāi)關(guān)的接通斷開(kāi)，控制電流只上下幅度很小地波動(dòng)。決定電機(jī)轉(zhuǎn)矩的平均電流被占空比控制，因此能幾乎無(wú)損耗地為電機(jī)輸送平滑的電流。

2.2 控制器外圍電路設(shè)計(jì)

（1）控制器外圍電路連線設(shè)計(jì)，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(kāi)關(guān)是電路總開(kāi)關(guān)，接通后為電路供電。熔斷器是電路保險(xiǎn)，提供過(guò)流保護(hù)。電路中的二極管也是為電路提供保護(hù)功能?；ユi開(kāi)關(guān)，與剎車(chē)系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)互鎖，當(dāng)制動(dòng)踏板踏下時(shí)，制動(dòng)開(kāi)關(guān)閉合，此電路中的互鎖開(kāi)關(guān)打開(kāi)；當(dāng)制動(dòng)踏板釋放時(shí)，制動(dòng)開(kāi)關(guān)打開(kāi)，此電路中的互鎖開(kāi)關(guān)閉合。加速踏板微動(dòng)開(kāi)關(guān)是與加速踏板相連，由加速踏板控制的開(kāi)關(guān)，當(dāng)加速踏板踩下去時(shí)，加速踏板微動(dòng)開(kāi)關(guān)接通，當(dāng)加速踏板釋放時(shí)，它斷開(kāi)。右邊前進(jìn)/后退單刀雙擲開(kāi)關(guān)是控制電動(dòng)車(chē)行駛方向（前進(jìn)/后退）的。右邊的主接觸器線圈、前進(jìn)接觸器線圈和后退接觸器線圈分別和左邊的主接觸器開(kāi)關(guān)、前進(jìn)接觸器開(kāi)關(guān)、后退接觸器開(kāi)關(guān)構(gòu)成控制控制器功率電路的主接觸器、控制電機(jī)前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)的接觸器、控制電機(jī)后退方向旋轉(zhuǎn)的接觸器。S1、S2是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)串勵(lì)直流電機(jī)的激磁繞組，A1、A2是電機(jī)的電樞。加速器是與加速踏板連接的反映油門(mén)大小的油門(mén)電位計(jì)。

控制電路原理如下：

鑰匙開(kāi)關(guān)接通。前進(jìn)時(shí)，扳動(dòng)前進(jìn)/后退開(kāi)關(guān)至前進(jìn)位置，踩下加速踏板，主接觸器、前進(jìn)接觸器、后退接觸器等工作，經(jīng)控制器，電路接通，電機(jī)在前進(jìn)方向旋轉(zhuǎn)，汽車(chē)前進(jìn)，并受控制器控制進(jìn)行調(diào)速。后退時(shí)，扳動(dòng)前進(jìn)/后退開(kāi)關(guān)至后退位置，踩下加速踏板，主接觸器、前進(jìn)接觸器、后退接觸器等工作，經(jīng)控制器，電路接通，電機(jī)在后退方向旋轉(zhuǎn)，汽車(chē)倒向行駛，并受控制器控制進(jìn)行調(diào)速。制動(dòng)時(shí)，踩下制動(dòng)踏板，互鎖開(kāi)關(guān)打開(kāi)，電路切斷，電機(jī)減速，協(xié)助制動(dòng)，使制動(dòng)更迅速。

（2）加速器（油門(mén)電位計(jì)/節(jié)氣門(mén)電位計(jì)）設(shè)計(jì)，如圖4所示，采用兩線可變電阻電位計(jì)調(diào)速，調(diào)速方便，安裝簡(jiǎn)單。

3 試驗(yàn)

此電控系統(tǒng)方案已應(yīng)用到實(shí)車(chē)上，進(jìn)行了路試，半年內(nèi)安全運(yùn)行超過(guò)5000km，證明了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是合理的、安全可靠的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了一種電動(dòng)叉車(chē)直流電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)控制器、外圍電路進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，清楚地展示了控制系統(tǒng)的原理，具有很強(qiáng)的生產(chǎn)指導(dǎo)意義。

該系統(tǒng)控制器考慮到了各種保護(hù)措施，而且MOSFET的應(yīng)用，使得該控制器響應(yīng)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(shè)計(jì)：①利用電機(jī)線圈電流變向，控制車(chē)的前進(jìn)方向，操作靈活；②采用兩接頭滑動(dòng)可變電阻作為電控節(jié)氣門(mén)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信號(hào)準(zhǔn)確；③利用制動(dòng)踏板與主控電路互鎖，使得制動(dòng)時(shí)電路自動(dòng)斷電，從而快速制動(dòng)。

[1]李春卉,張海波.電動(dòng)叉車(chē)調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展[J],中國(guó)儲(chǔ)運(yùn)網(wǎng),2008,(10):125－126.

[2]曹云平.電動(dòng)車(chē)動(dòng)力電源的發(fā)展現(xiàn)狀[J],化工時(shí)刊,2001,(10):13－16.