交流技術(shù)在電瓶叉車(chē)上的應用

 多年來(lái)，直流電一直是電動(dòng)倉儲搬運設備的主變動(dòng)力源，直流驅動(dòng)作為一種較便宜的驅動(dòng)方式在很早以前就已在電動(dòng)設備上廣泛應用。然而，直流系統本身在性能、維修等方面存在一些固有的缺陷，而交流電及交流電機在此方面較之遠勝，因此，目前大型搬運設備生產(chǎn)商都已開(kāi)始致力于交流技術(shù)應用的研發(fā)及應用。                            
       其實(shí)，自19世紀末，交流動(dòng)力即已得到普遍的使用，亦正是交流電機技術(shù)推動(dòng)了工業(yè)、鐵路及其他領(lǐng)域的電氣化進(jìn)程?，F在，應用交流技術(shù)的電器產(chǎn)品已隨處可見(jiàn)。
       交流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現在以下方面：
       l、高低電壓之間的轉換簡(jiǎn)單。
       2、電動(dòng)機變?yōu)閺妱鸥咝?，并可?jīng)受高電流的沖擊。
       3、電動(dòng)機的零件數量大大減少，并且無(wú)磨損，堅固耐用。
       4、相對直流電動(dòng)機來(lái)說(shuō)，成本降低顯著(zhù)。                          
       然而，交流電機在以電瓶為動(dòng)力的設備如叉車(chē)上應用受到一定的限制，主要有兩個(gè)原因：80V的低系統電壓，需由高能半導體實(shí)現直流向交流的轉換，此項成本居高個(gè)下；轉換過(guò)程本身會(huì )消耗能量，而電瓶容量相當有限。
       下面，我們針對現有的幾種電機技術(shù)作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
        串聯(lián)直流電機
       這是最古老、最傳統的電機。電流輸送至電池
及轉干，并通過(guò)炭刷傳到定子。這種方式有兩個(gè)缺陷：所有的電流必須經(jīng)由炭刷來(lái)輸送，性能取決于炭刷的物理尺寸及磨損情況。最主要的是，這一點(diǎn)限制了制動(dòng)性能的發(fā)揮。另外，電機炭刷作為易損件必須定期更換，否則會(huì )極大影響電機壽命?？紤]到這一點(diǎn)，許多廠(chǎng)商都會(huì )在叉車(chē)上配置偵測磨損并發(fā)出警告的裝置，這一裝置增加了叉車(chē)的成本。并且，所有的電機都會(huì )發(fā)熱，但在直流電機中，熱量主要產(chǎn)生在電機的內部部件，因此大多數的直流電機都會(huì )同時(shí)配備一個(gè)風(fēng)扇用于散熱。
       他勵電機
       這是一種較為先進(jìn)的直流電機，定子及電樞的能量分別輸入。與串聯(lián)電機相同，這種技術(shù)已應用了相當長(cháng)的時(shí)間。新技術(shù)使用分開(kāi)激發(fā)的并勵磁場(chǎng)與電樞，使電機的性能控制比串聯(lián)電機要好得多。這種電機通常被稱(chēng)為4象限電機，因為它在前后兩個(gè)方向都能行駛與剎車(chē)。然而，電機炭刷的缺陷仍然存在。
       三相交流電機
       技術(shù)上來(lái)說(shuō)，這是結構相對簡(jiǎn)單的一種電機。其原理是將三相交流電輸送給固定的線(xiàn)圈，產(chǎn)生旋轉的磁場(chǎng)感應短接的轉子上的電壓。交流電機沒(méi)有發(fā)刷，也沒(méi)有直流電機通常對電流方面的限制，這意味著(zhù)電機在實(shí)際使用中可以得到更多的能生及更大的制動(dòng)扭力，于是可以更快的速度運轉。   
       交流電機中，熱量主要發(fā)生在電機外殼部分的固定子線(xiàn)圈，便于冷卻與散熱。如果需要的話(huà)，轉子可以被密封。交流電機無(wú)需定期更換的易損件，同時(shí)，它比直流電機更高效、耐久，成本也更低。
       如前所述，電瓶設備如叉車(chē)應用交流技術(shù)存在兩個(gè)問(wèn)題：80V的低系統電壓及相應較高的電流；直流交流轉換時(shí)的能量損耗。盡管如此，交流動(dòng)力在叉車(chē)上的應用仍逐漸擴大。
       要達到這一目的，首先要解決3個(gè)問(wèn)題：  
       1、轉換能量損耗。
       2、硬件成本。
       3、低壓交流電機的制造技術(shù)。
       相應的措施如下：
       平衡能量損失
       轉換能量損耗的解決辦法是將叉車(chē)視為一個(gè)完整的系統，而非僅關(guān)注于某個(gè)部件。最終歸結為使直流向交流轉換時(shí)的能量損耗等同于直流電機炭刷部分的能量損耗（交流電動(dòng)機沒(méi)有炭刷），這一過(guò)程通過(guò)先進(jìn)的電子系統得以實(shí)現。
       降低成本    
       接下的第二步是維持硬件部分的低成本。這一目標最終通過(guò)廣泛的試驗找到更佳類(lèi)型及數量的半導體元件而得以實(shí)現，在此過(guò)程中電子元件價(jià)格的不斷下跌也有相當幫助，同時(shí)證明了交流技術(shù)的戰略前景。然而，最重要的因素還是整車(chē)設計都基于交流技術(shù)交流電機的高制動(dòng)扭矩是關(guān)鍵。實(shí)際上，交流電機的制動(dòng)能力是等同于其加速能力的。電氣制動(dòng)可以通過(guò)改變行駛方向實(shí)現。如果大要更強力的剎車(chē)，就必須使用傳統的剎車(chē)。通過(guò)對電動(dòng)機尺寸的仔細研究，得到了比加速扭矩大得多的制動(dòng)扭矩，使交流電機的電氣制動(dòng)效果要比直流電機強很多。
       高效的制動(dòng)意味著(zhù)傳統的制動(dòng)系統可被大大簡(jiǎn)化，其中，普通的行車(chē)制動(dòng)己被泊車(chē)制動(dòng)替代。不論駕駛者通過(guò)剎車(chē)踏板剎車(chē)，還是轉換行駛方向剎車(chē)，電動(dòng)機均會(huì )停轉并且產(chǎn)生類(lèi)似發(fā)電機的作用。這意味著(zhù)剎車(chē)襯的磨損降至最低。
       能量回收                                                 
       如前文所述，交流電機在行駛與制動(dòng)上的效率都更高，剎車(chē)時(shí)，電機反向轉動(dòng)，也就是說(shuō)交變電壓的頻率比轉子頻率低，并且電機產(chǎn)生放電的作用。剎車(chē)越強烈，再生的能量越多。
       一部叉車(chē)有兩個(gè)較大的電機，一個(gè)用于行駛，一個(gè)用于提升。兩者都可產(chǎn)生能量再生。典型的前移式叉車(chē)使用時(shí)，所有能量消耗可分為以下幾部分：
       1、50％用于行駛。
       2、4O%用于提升及門(mén)架與貨義的其他動(dòng)作。
       3、10%用于轉向、風(fēng)扇等。
       荷載提升時(shí)，能量開(kāi)始消耗，當貨物隨貨叉下降時(shí)，能量得以回收利用，現場(chǎng)測試表明，負載提升時(shí)的能量消耗占總消耗的19％。
       目前，國際幾個(gè)大型廠(chǎng)商車(chē)型均優(yōu)先考慮行駛部分的能量再生，因為這是能量消耗大的部分，并且無(wú)需增加系統的復雜性，即無(wú)需增加任何成本即可達到。由于其高制動(dòng)扭矩，幾乎所有的制動(dòng)方式產(chǎn)生能量再生。
       在某些直流動(dòng)力叉車(chē)上也有電氣再生制動(dòng)，但必須在強烈的剎車(chē)時(shí)才可能發(fā)生，這也意味著(zhù)再生的部分能量在剎車(chē)襯部分就轉化成了熱量。而幾乎在所有的狀況下，先進(jìn)一些的電車(chē)的均會(huì )產(chǎn)生能量再生，并且持續作用直至叉車(chē)完全靜止。
       有多少能量可以被回收實(shí)際是無(wú)法計算的，它取決于不同使用狀況，開(kāi)始剎車(chē)時(shí)的速度等，一個(gè)較合理數字是10%-15%，即叉車(chē)整體能量消耗的5％—7%。                        
        提高性能
        回收的能量如不能合理利用，其益處是有限的。最簡(jiǎn)單的做法是能量回充至電瓶以延長(cháng)使用時(shí)間。這部分能量用于提高叉車(chē)的整體性能。其結果是速度提高了10％，更為明顯的作用體現在加速度上。
    
       綜上所述，交流技術(shù)在叉車(chē)上的應用，使得叉車(chē)的性能整體提高，故障及事件更換率明顯降低，可靠性大大增強。在用戶(hù)端即體現為單位時(shí)間更高的生產(chǎn)力，更低的操作及維護成本。交流技術(shù)在電瓶叉車(chē)上被稱(chēng)為未來(lái)的技術(shù)，必將得到越來(lái)越廣泛的運用。