一種電動叉車直流電控系統(tǒng)的設(shè)計方案

閆君杰，王國盛

（河南工學院，河南 新鄉(xiāng) 453000）

電動叉車由于具有能量轉(zhuǎn)換效率高、無廢氣排放、噪聲低、控制方便等顯著優(yōu)點，得到了飛快發(fā)展。但我國相比其他發(fā)達國家，電動叉車生產(chǎn)仍處于起步階段，國內(nèi)廠家的技術(shù)水平與產(chǎn)品質(zhì)量相對于國外先進的工業(yè)車輛制造商尚有一定差距，三電(電控、電機、電瓶)狀況落后。本文介紹了一種電動叉車直流電控系統(tǒng)。

1 機件選擇

本系統(tǒng)設(shè)計中選用了串勵直流電機作為驅(qū)動電機，鉛酸蓄電池作為系統(tǒng)電源。這是由于直流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，串勵直流電機具有較大的起動轉(zhuǎn)矩和過載能力，可以滿足電動汽車快速啟動、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 電動叉車直流電機調(diào)速系統(tǒng)電路設(shè)計

2.1 控制器設(shè)計

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。可選用功率為3～25kW的串勵直流電機，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)成的斬波器來控制驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速。在MOSFET斷開的瞬間，電動機電流從續(xù)流二極管通過，續(xù)流二極管相當于整流器的功能，使電機轉(zhuǎn)速變化平穩(wěn)。在蓄電池正負極間直接連接高頻濾波電容，為功率開關(guān)整流后的電源提供濾波。其中采用反接制動二極管，在串勵電機反接制動期間，為電樞提供電流。

控制回路：

電動汽車調(diào)速信號從控制器的油門輸入端子輸入，并經(jīng)油門調(diào)節(jié)電路進行整形、限幅、限流等處理，失控保護模塊監(jiān)測輸入的調(diào)速信號，一旦檢測到調(diào)速信號異常則觸發(fā)限流模塊限制控制器輸出，調(diào)速信號經(jīng)過油門調(diào)節(jié)模塊后進入電流限制模塊，當發(fā)生欠壓、過溫等故障和電動汽車反接制動時，電流限制模塊能夠限制控制器輸出電流。然后，調(diào)速信號與三角波振蕩器生成的三角波進行調(diào)制形成PWM脈寬調(diào)制信號，PWM信號經(jīng)過門極驅(qū)動模塊放大、隔離后驅(qū)動MOSFET。電路總控制（通斷電控制，即通電和剎車信號）通過鑰匙開關(guān)控制接線端子引入控制器，作為驅(qū)動控制電路的總開關(guān)。

MOSFET斬波器原理：

圖2 功率回路斬波器電路

如圖2所示，利用高效的功率開關(guān)器件MOSFET構(gòu)成的斬波器連接電機和蓄電池，來控制電機的電壓，從而改變電流。MOSFET每秒鐘被控制器控制電路開關(guān)15000次，同時占空比隨著調(diào)速信號變化。

當MOSFET接通時，電流經(jīng)過電機，并以電磁場的形式儲存能量；當MOSFET斷開時，儲存的能量使得電流通過續(xù)流二極管流入電機。隨著開關(guān)的接通斷開，控制電流只上下幅度很小地波動。決定電機轉(zhuǎn)矩的平均電流被占空比控制，因此能幾乎無損耗地為電機輸送平滑的電流。

2.2 控制器外圍電路設(shè)計

（1）控制器外圍電路連線設(shè)計，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

鑰匙開關(guān)是電路總開關(guān)，接通后為電路供電。熔斷器是電路保險，提供過流保護。電路中的二極管也是為電路提供保護功能。互鎖開關(guān)，與剎車系統(tǒng)的開關(guān)互鎖，當制動踏板踏下時，制動開關(guān)閉合，此電路中的互鎖開關(guān)打開；當制動踏板釋放時，制動開關(guān)打開，此電路中的互鎖開關(guān)閉合。加速踏板微動開關(guān)是與加速踏板相連，由加速踏板控制的開關(guān)，當加速踏板踩下去時，加速踏板微動開關(guān)接通，當加速踏板釋放時，它斷開。右邊前進/后退單刀雙擲開關(guān)是控制電動車行駛方向（前進/后退）的。右邊的主接觸器線圈、前進接觸器線圈和后退接觸器線圈分別和左邊的主接觸器開關(guān)、前進接觸器開關(guān)、后退接觸器開關(guān)構(gòu)成控制控制器功率電路的主接觸器、控制電機前進方向旋轉(zhuǎn)的接觸器、控制電機后退方向旋轉(zhuǎn)的接觸器。S1、S2是驅(qū)動系統(tǒng)串勵直流電機的激磁繞組，A1、A2是電機的電樞。加速器是與加速踏板連接的反映油門大小的油門電位計。

控制電路原理如下：

鑰匙開關(guān)接通。前進時，扳動前進/后退開關(guān)至前進位置，踩下加速踏板，主接觸器、前進接觸器、后退接觸器等工作，經(jīng)控制器，電路接通，電機在前進方向旋轉(zhuǎn)，汽車前進，并受控制器控制進行調(diào)速。后退時，扳動前進/后退開關(guān)至后退位置，踩下加速踏板，主接觸器、前進接觸器、后退接觸器等工作，經(jīng)控制器，電路接通，電機在后退方向旋轉(zhuǎn)，汽車倒向行駛，并受控制器控制進行調(diào)速。制動時，踩下制動踏板，互鎖開關(guān)打開，電路切斷，電機減速，協(xié)助制動，使制動更迅速。

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

3 試驗

此電控系統(tǒng)方案已應(yīng)用到實車上，進行了路試，半年內(nèi)安全運行超過5000km，證明了控制系統(tǒng)的設(shè)計是合理的、安全可靠的。

4 結(jié)語

本文介紹了一種電動叉車直流電控系統(tǒng)的設(shè)計，通過對控制系統(tǒng)控制器、外圍電路進行了詳細說明，清楚地展示了控制系統(tǒng)的原理，具有很強的生產(chǎn)指導(dǎo)意義。

該系統(tǒng)控制器考慮到了各種保護措施，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：①利用電機線圈電流變向，控制車的前進方向，操作靈活；②采用兩接頭滑動可變電阻作為電控節(jié)氣門，結(jié)構(gòu)簡單，信號準確；③利用制動踏板與主控電路互鎖，使得制動時電路自動斷電，從而快速制動。

[1]李春卉,張海波.電動叉車調(diào)速控制系統(tǒng)的發(fā)展[J],中國儲運網(wǎng),2008,(10):125－126.

[2]曹云平.電動車動力電源的發(fā)展現(xiàn)狀[J],化工時刊,2001,(10):13－16.