Применение системы синхронного двигателя с постоянными магнитами в электропогрузчике

В последние годы, благодаря глубокому пониманию людьми вреда загрязнения окружающей среды, защита окружающей среды стала предметом общей озабоченности во всем мире. Поэтому быстро развиваются различные транспортные средства с аккумуляторами, такие как электрические вилочные погрузчики , которые используют аккумуляторы в качестве источников энергии. Электрические вилочные погрузчики обладают такими преимуществами, как высокая эффективность преобразования энергии, низкий уровень шума, отсутствие выбросов выхлопных газов и удобное управление. Они широко используются в мастерских, складах, автоматических системах хранения, крупных супермаркетах и ​​других местах с высокими экологическими условиями. В настоящее время доля электрических вилочных погрузчиков в развитых странах, таких как Европа и США, достигла 60% от общего числа вилочных погрузчиков, в то время как доля отечественных электрических вилочных погрузчиков составляет лишь около 20%.

Электрические вилочные погрузчики теперь преодолели ограничение, согласно которому их можно использовать только для операций небольшого тоннажа, и постепенно переместились из помещений на улицу, а рыночный спрос растет с каждым годом.

1. Приводной двигатель электрического вилочного погрузчика
Развитие электрических вилочных погрузчиков способствовало постоянному совершенствованию приводного двигателя и системы управления. Существует множество типов двигателей и систем их управления. В отечественных электрических вилочных погрузчиках в основном используются двигатели постоянного тока, в том числе двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением, двигатели постоянного тока с параллельным возбуждением и двигатели постоянного тока с смешанным возбуждением. Хотя двигатели постоянного тока имеют множество характеристик, таких как хорошие характеристики регулирования скорости, широкий диапазон регулирования скорости, большой пусковой момент и простота управления, двигатели постоянного тока содержат контактные щетки, что делает сбои коммутации и другие механические неисправности легко возникающими во время работы с высоким уровнем шума. , низкий срок службы и частое техническое обслуживание. Поэтому в последние годы растет применение асинхронных двигателей, также используются синхронные двигатели с постоянными магнитами и вентильные реактивные двигатели. Судя по характеристикам различных двигателей, асинхронные двигатели обладают высокой надежностью, а синхронные двигатели с постоянными магнитами имеют превосходные комплексные характеристики, но как асинхронные двигатели, так и системы управления синхронными двигателями с постоянными магнитами сталкиваются с проблемой высоких затрат на контроллер.
Комплексные характеристики синхронных двигателей с постоянными магнитами превосходят характеристики двигателей других типов, и это идеальный приводной двигатель для электрических вилочных погрузчиков. С развитием компьютерных технологий, сенсорных технологий и технологий силовой электроники системы синхронных двигателей с постоянными магнитами получат более широкое применение в области электромобилей. Учитывая приведенный выше анализ, в данной статье представлена ​​система привода синхронного двигателя с постоянными магнитами для электрических вилочных погрузчиков и сравниваются ее характеристики с двигателями постоянного тока того же уровня мощности.

2. Синхронный двигатель с постоянными магнитами.
Принцип работы синхронного двигателя с постоянными магнитами такой же, как и у синхронного двигателя с электрическим возбуждением, но в нем обмотка возбуждения заменена постоянным магнитом, что упрощает конструкцию двигателя, снижает затраты на обработку и исключает коллектор и щетки, подверженные воздействию к проблемам, повышающим надежность мотора; а поскольку потери на возбуждение отсутствуют, эффективность и удельная мощность двигателя улучшаются. На рисунке 1 представлена ​​магнитопроводная схема ротора синхронного двигателя с постоянными магнитами для электропогрузчиков. Двигатель имеет встроенную магнитную цепь ротора из магнитной стали.
Преимуществами встроенного ротора из магнитной стали являются небольшой коэффициент утечки и хорошие динамические характеристики, что особенно подходит для синхронных двигателей с постоянными магнитами для электрических вилочных погрузчиков с относительно высокими требованиями к динамическим характеристикам. Крутящий момент магнитного сопротивления, создаваемый асимметрией его магнитной цепи, также помогает улучшить перегрузочную способность и удельную мощность двигателя, а также позволяет легко увеличить скорость за счет «слабого магнитного поля». Двигатель имеет характеристики низкой скорости и высокого крутящего момента, что обеспечивает пусковой момент, необходимый для автомобиля при низкой температуре; он имеет широкий диапазон рабочих скоростей для удовлетворения потребностей в выработке электроэнергии и вспомогательном питании транспортных средств; и он имеет высокую эффективность работы. В таблице 2 приведено сравнение производительности синхронного двигателя с постоянными магнитами мощностью 6,5 кВт и широко используемого двигателя постоянного тока.

3. Система управления синхронным электродвигателем с постоянными магнитами.
Система контроллера синхронного двигателя с постоянными магнитами использует прямое управление крутящим моментом, пространственное векторное управление, векторное управление без датчиков скорости и другие методы управления. Он обладает высокой эффективностью, высокой производительностью и высокой надежностью, а также имеет функцию передачи энергии торможения электрического вилочного погрузчика в аккумуляторную батарею. Система управления имеет модуль связи CAN с другими системами автомобиля. Оснащение системы управления электромобилями контроллерной сетью (CAN) на сегодняшний день является одной из новейших технологий управления в мире. Система управления электропогрузчиком на базе CAN-шины стала горячей темой для исследований крупнейших производителей вилочных погрузчиков в мире. Контроллер синхронного двигателя с постоянными магнитами реализует следующие функции посредством эффективного управления приводным двигателем: ① Работа по выработке электроэнергии: используется для рекуперации энергии во время торможения; ② Электрический режим: управляйте автомобилем, а также может использоваться для помощи при ускорении. Аппаратная часть привода двигателя: Контроллер двигателя в основном состоит из высокопроизводительного встроенного чипа серии Infineon XC2000 со встроенным DSP, модуля IGBT, модуля схемы привода и модуля схемы обнаружения сигнала. Он реализует управление приводным двигателем по замкнутому контуру путем обнаружения тока обратной связи и использует различные датчики для мониторинга всей системы, чтобы обеспечить надежность и безопасность двигателя. На рисунке 2 показана аппаратная принципиальная схема контроллера приводного двигателя.
Основные функции защиты контроллера приводного двигателя включают защиту от перегрева двигателя, защиту от перегрева контроллера двигателя, защиту от перенапряжения на шине постоянного тока, защиту от пониженного напряжения на шине постоянного тока, защиту от перегрузки двигателя, защиту от превышения скорости двигателя, защиту от неисправности IPM контроллера двигателя, 12 Защита от сбоев источника питания управления V, защита от сбоев связи CAN и защита от нештатных неисправностей команд управления транспортным средством. Технические показатели и функции, которые может обеспечить контроллер синхронного двигателя с постоянными магнитами, следующие: (1) Диапазон колебаний входного напряжения: UN±30%; (2) Интерфейс управления связью: две шины CAN2.0B; (3) Сопротивление изоляции: сопротивление каждой клеммы корпуса превышает 25 МОм; (4) Имеет функцию самодиагностики неисправностей: повышенное/пониженное напряжение, перегрузка, ограничение выходной мощности контроллера при перегреве, сбой связи, отключение при экстремальной температуре и т. д.; (5) Высокая эффективность рабочей зоны: 75% эффективности рабочей зоны превышает 90%; (6) Средняя наработка на отказ: >3000 ч; (7) Точность управления крутящим моментом меньше или равна 5%; (8) Соотношение максимальной скорости управления и скорости точки перегиба больше 3; (9) Пиковая объемная плотность мощности больше или равна 8 кВт/л; (10) Электромагнитная совместимость соответствует требованиям GB/T18655-2002 и GB/T17619-1998. Синхронный двигатель с постоянными магнитами и его система управления представляют собой своего рода систему привода транспортного средства с превосходными комплексными характеристиками. В области электрических вилочных погрузчиков они постепенно заменяют системы двигателей постоянного тока и асинхронных двигателей.