《交流技术在电动叉车驱动系统的应用..pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《交流技术在电动叉车驱动系统的应用..pdf（25页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、合肥工业大学 硕士学位论文 交流技术在电动叉车驱动系统的应用 姓名:栾英 申请学位级别 :硕士 专业:车辆工程 指导教师 :陈无畏 20090601 表格清单 表 I-I 直流电机与感应电机维护成本的比较. 3 表 1-2 直流 控制器与同规格交流控制器的效率比较 .7表 3-1ZAPI H2B 控制器 工作原理 .19表 4-I 整车设计参 数 . .32表 4-2配套电机数 据33表 4-3相关电机数据 表33表 4-4感应电机在电动叉车不同工况下的性 能 .36表 45CURTIS 感应电机控制器 1236在基速以上 ,磁化电流 减小。因为滑差增益 与磁化电流成反比 ,滑差增益在基速以上
2、被增加。 三、功率转换元件 通过电流控制计算需要的电机电压,然后该电压由 SPWM-sym(对称正弦曲 线 脉宽调制来实现。 SPWM-sym 块输出的是 MOSFET 门脉冲 ,驱动器输出的变量频 率与变量振幅的三相电流,由直流电源通过功率转换元件产生。在制动过程中,从电 机再生的能量被返回到蓄电池中。所有功率元件安装并紧固到驱动器散热器的表 面上,通过检测和监控散热器温度和直流电源的电压来保护功率元件。使用高效的 MOSFET 功率晶体管 ,功率转换元件由电流调节器提供的三个 PWM(脉宽调制电流 命令产生三个 PWM 电压并放大。这些PWM 电压波形 ,施加 到定子电感后 ,在电机 中产
3、生电流 ,近似正弦波。利用转换角,将电流控制计 算的参考电压 Ud 和 Uq 转换 成三相量。为了避免电机电流的干扰,进行死区补 偿。最后参考电压同三角参考波 比较而交点给出开关时刻(图 3-17。 图 3-17功率转换元件 在基速以上 ,电机电压过高将发生过调制。这时在许多PWM 开关周期过程 中 参考电压在三角载波之上从而使逆变器的开关次数减少。过调制的应用将在电流 中增加谐波成分 ,主要是增加第五和第七次谐波。这将增加在电机上的谐波损失。 然而,由于可以产生较高的电压,总的损失将比没有应用过调制时低, 它是因为对于特 定的转矩需要较低的基电流,并且与增加的谐波损失相比,在 电机上的热损耗
4、占主导 地位。图 3-18 说明了无过调制和过调制的合成电流。测 28 量的工况是无负载的情况 ,此状态下只有磁化电流。因此过调制的谐波与基电 流相比是相当高的。 相和 B 一之间的电压 相和 B 一之间的电压 (a低速和无过调制 (b 高速和过调制 图 318无过调制和过调制的合成电流 3.4本章小结 本章简要地介绍了电动叉车直流控制器调速的控制方法,并具体叙述了电 动叉 车交流驱动系统的控制 ,主要介绍了当前应用于电动叉车交流驱动系统的具体控制 方式,分析了控制框图的各种模块。 29 第四章基于交流技术的电动叉车的驱动系统设计 不同用户对整车的行驶性能要求不同:有的用户要求整车具有良好的加
5、速和爬 坡性能 ,有的用户要求整车行驶速度快,有的用户要求连续工作时间长, 即电机转矩能 在较大范围内变化 ,转速也随着在较大范围内变化;转矩小时转 速高,转矩大时转速 低,这些特性适应叉车行驶的要求,能随着行驶阻力的变化而自动调节转矩和转速。 通过选择不同的电机和减速箱速比,就可获得不同 的整车行驶性能 ,满足不同用户的 要求。当设计一个车型 ,通常先确定整车的行驶性能的主要性能指标 ,根据整车的最 大爬坡度、附着率等技术参数选择计算齿轮箱的速比 ,核算车辆运行的速度和扭矩 后选取合适的感应电机 ,再匹配 的合适的控制器 ,以满足整车技术要求。 4.1感应电机的选取 no】c3阳 电动机是电
6、动叉车驱动系统的心脏,其性能和效率直接影响整车的性能。电动 机的额定功率的合理性选取对于电动叉车的性能来说至关重要:若选小了 , 容易使电 机运行在过载工况下 ,这样将导致电机过热而损坏,无法承受冲击负 载或起动困难 ; 若额定功率选择过大 ,则电机常常运行在欠载工况下,这样就 不能充分利用电机 ,效率 较低,同样是一种浪费。同时 ,在电机的选配中要充分考虑感应电机在不同运行区域 (基频以上、基频以下的工作效率(如图 4.1示。 .1 、 、 、 一 一 一 ,_ ,一 J r | J I 0 5 2黝 300036004000 电机转速 图 41典型的感应电机的效率曲线 30 艰 P嗡 4.
7、1.1感应电机选取规则 为驱动系统选取一个合适的感应电机首先要确定以下几个信息:蓄电池的 电压 等级、所需感应电机的最大转速、基速下的最大扭矩、一个工作循环的电机的平 均功率、最大输出功率等,当计算扭矩和负荷时还应计算传动系统的效率。如果系 统是直流系统向交流系统的升级,则可以把直流电机相应的扭矩与速度曲线作为选 取的参考。 1、电机的最大速度及最大速度下扭矩的确定,对应于整车空载平地运行的工 况。通过整车的速度设计值及电机与负载间的变速箱的传动速比来确定感应电机 的最大转速。大多数电机制造商生产的4 极感应电机的额定同步转速为 1500rpm 和 1800rpm,此时感应电机的工作频率为50
8、Hz 和 60Hz。感应电机 的最大转速受机 械系统的限制 ,一般在 4000rpm.6000rpm。在感应电机的高速区铁耗的增加也会限 制电机的最大转速。同时电机速度编码器的允许频率也会限制电机的最大转速。 在感应电机的高速区 ,电机的扭矩会相应减小。如图42所示,当转速高于基速时 , 感应电机的最大扭矩下降。其计算公式如下:在恒功率区 : 卜自 (4-1 在高速区 : 卜奇 (4? 2 所选取的感应电机的扭矩应大于系统计算所需最大转矩。 赫 3鹳 糕 耋 2叫 蒹瞄 t 攮 s 0 | i I 茂 l 恒功率区 |l高速区 I ; ; ; ; ,额是 :转矩蠢 。 一蜀 大转矩 , 。乙
9、。 ,。. /_、 /|; ; jt - : 、 :j k ; ; “。“ 气一 渊二 ?蕊, h “-一,-; 曩囊 51l 石 225335l 4.5基数的倍数 图 4-2典型的感应电机的转矩特性 2、连续工作状态下的额定功率,对应于整车满载平地运行的工况。 3l 感应电机连续工作状态下所需的功率取决于系统在此工况下电机的负荷。利 用 60 分钟工作制下的感应电机的最大相电流值来确定电机所需的额定功率。我们 所选取的感应电机的额定功率应高于计算的负荷值。 3、静止到基速间的电机扭矩 从静止到大于 100%电机额定速度工作的能力意味着启动过程高转矩和高速行 走。计算系统的额定扭矩,应考虑系统
10、需克服摩擦和重力,以及加速阻力 等动力因 素。电机从静止直到达到额定转速,电机所能提供的最大扭矩应与堵转扭矩大致相 等。选取电机的堵转扭矩应大于系统所需的最大扭矩。 4、系统的最大功率取决于最大扭矩,它决定了感应电机的最大电流。在选取电 机时应明确在 S1,S2或 S3工作制下的感应电机的性能曲线。 4.1.2电机的选取实例 以下以某公司某型号蓄电池叉车交流系统为例,具体讲述电机的选取。 表 41整车设计参数 项目 代号 单位 数据 前轮直径 d mm 458 传动比 1-25.586 整车自重 G Kg 3540 负载 Q 2000 滚动阻力系数 f 0.03 空载爬坡度 a 116% 满载爬坡度 a 212% 爬坡速度 V03Km,h 3 平地空载速度 Vol Km,h 14.4 平地满载速度 V02Km,h 13 传动效率 Tl 0.88 蓄电池容量 Ah 750 平均工作时间 h 8 工作电压 V 48 32