工業(yè)車輛最大許用電流與額定電流的倍數(shù)研究

趙 亮，趙 騰

機(jī)械科學(xué)研究院工程機(jī)械軍用改裝車試驗(yàn)場(chǎng)，北京 102100

0 引言

盡管交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜，但其具有的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，使其成為工業(yè)車輛發(fā)展應(yīng)用較廣泛的一種選擇。然而交流異步電機(jī)的許用電流通常會(huì)達(dá)到額定電流的5～10 倍（通常認(rèn)為3～7 倍），這會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的相關(guān)設(shè)備和機(jī)械傳動(dòng)裝置受到一定損害，降壓許用就是為防止直接許用的一種設(shè)計(jì)方式，本文基于工業(yè)車輛交流異步電機(jī)的額定與許用電流間關(guān)系，分析了工業(yè)車輛的許用電流與保護(hù)技術(shù)，這一研究對(duì)于電機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用有一定的意義。

1 工業(yè)車輛電流分析

下面以工業(yè)車輛應(yīng)用最廣的叉車、觀光車作為研究進(jìn)行全面的分析闡述。

1.1 工業(yè)車輛基礎(chǔ)知識(shí)研究對(duì)比

通過與電機(jī)廠家的了解,說明書的分析,還有叉車廠家的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。了解電機(jī)（主要為安徽皖南新維電機(jī)有限公司、遼源匯豐電機(jī)有限公司、四川東風(fēng)、SUPEREC）的主要技術(shù)參數(shù)為下表1～表3 所示?；诒碇袇?shù)，在實(shí)際評(píng)估時(shí)由于對(duì)叉車專業(yè)知識(shí)及技術(shù)不了解，常常對(duì)電機(jī)質(zhì)量無(wú)法作出合理的判斷。通常電機(jī)優(yōu)越的高質(zhì)量的叉車其優(yōu)越的性能往往體現(xiàn)在高效率、低成本、高可靠性、人機(jī)工效設(shè)計(jì)好以及服務(wù)便利等諸多方面。

表1 電機(jī)參數(shù)

表2 5.5kW 交流電機(jī)性能參數(shù)表

表3 6.3kW 交流電機(jī)性能參數(shù)表

從上表可以看出感應(yīng)電機(jī)的固有頻率是由滿磁通最大扭矩區(qū)與弱磁通區(qū)分界點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)頻率所決定的，當(dāng)感應(yīng)電機(jī)的頻率大于其固有頻率時(shí)，它就開始工作。不過工作過程中要求它的電壓需在額定范圍內(nèi)，不可以超載。同時(shí)逐漸降低頻率要記錄該頻率下電機(jī)的電流直到其電流達(dá)到最大。收集頻率和電流的數(shù)據(jù)信息，將它們信息匯合然后做出一條平滑的曲線，通過這條曲線可以看出一拐點(diǎn)，它所對(duì)應(yīng)的頻率即為感應(yīng)電機(jī)的固有頻率，它也是磁通飽和區(qū)和弱磁通區(qū)的分界點(diǎn)。為了保障電機(jī)的電壓為額定電壓要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定，并要求設(shè)置使速度控制回路閉合。

2.2 電動(dòng)叉車的驅(qū)動(dòng)技術(shù)

當(dāng)前的電動(dòng)車應(yīng)用的主要有直流與交流驅(qū)動(dòng)計(jì)算。直流驅(qū)動(dòng)技術(shù)盡管具有經(jīng)濟(jì)、方便的特點(diǎn)，但其表現(xiàn)出的維修、性能方面的缺陷不斷被放大。交流驅(qū)動(dòng)就是在這一背景下開發(fā)應(yīng)用的，隨著上世紀(jì)末的交流動(dòng)力技術(shù)在電動(dòng)叉車中的推廣，使得電動(dòng)叉車性能明顯提高。同時(shí)伴隨著電子元件的價(jià)格大幅度下降，那么該控制器的硬件某些部件的成本也會(huì)相對(duì)降低，成本將帶了對(duì)交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的大范圍地推出市場(chǎng)提供了條件。

2.3 交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)

研究表明，電動(dòng)叉車交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：交流電機(jī)與直流電機(jī)相比無(wú)最大電流限制，使得其能有更大制動(dòng)扭力、更快速度等；交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)化為三相交變電。能獲得更高頻率調(diào)節(jié)范圍；在相同的蓄電池容量這一前提下，應(yīng)交流系統(tǒng)與直流電機(jī)相比使用時(shí)間延長(zhǎng)了，進(jìn)而有效生產(chǎn)效率；交流驅(qū)動(dòng)所采用的是速度扭矩控制，采用加速踏板釋放制動(dòng)功能，因而可以平緩的實(shí)現(xiàn)前進(jìn)狀態(tài)和倒車狀態(tài)的過渡，從而確保叉車行駛的安全性，與此同時(shí)其能量也能夠回收。

3 實(shí)踐結(jié)果電流分析

當(dāng)叉車的工作模式選擇牽引時(shí)，叉車就會(huì)具有變負(fù)載的工作特性，它既可以空載行駛，又可以滿載行駛還可以帶載爬坡。不過當(dāng)其工作特性不同時(shí)，它的相應(yīng)的感應(yīng)電機(jī)的工作區(qū)也不相同，三種工作特性分別對(duì)應(yīng)著電機(jī)的“連續(xù)工作區(qū)”、“間斷工作區(qū)”及“高速區(qū)”。

感應(yīng)電機(jī)不同工作區(qū)域其各就特點(diǎn)：“連續(xù)工作區(qū)"一般叉車在空載和額定載荷行駛時(shí)，電機(jī)處于此工作區(qū)的電機(jī)始終以恒定功率運(yùn)行，在這種工作區(qū)它允許電機(jī)為了獲取理想的轉(zhuǎn)速而工作在較低的滑差狀態(tài)下；“間斷工作區(qū)”一般叉車以一定可允許載荷進(jìn)行爬坡工作時(shí)，電機(jī)處于此工作區(qū)的電機(jī)處于恒扭矩階段。通過一系列的驗(yàn)證得出如表3 所示的對(duì)交流電機(jī)與電流的關(guān)系。

從表3 可以得知所得到的最大許用電流嚴(yán)重超載，一般達(dá)到額定電流3 倍以上。因此可知電流過大會(huì)對(duì)電機(jī)造成很大損害。同時(shí)值得注意的是叉車的造價(jià)較高，因此對(duì)其電機(jī)要更外保護(hù)。

經(jīng)過研究得出，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)電流達(dá)到額定電流的3～4 倍時(shí)，線圈發(fā)熱量是電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)的18～25 倍，產(chǎn)生的電磁力同樣達(dá)到了18～25 倍。因此可知溫度過高、加熱速度過快等都將是電機(jī)受到巨大的破壞，同時(shí)降低了線圈和轉(zhuǎn)子銅條的使用壽命。除此電力過大會(huì)造成供電裝置的損壞。

表4 交流異步電機(jī)的額定與許用電流間關(guān)系

4 電機(jī)保護(hù)

現(xiàn)在我國(guó)著重發(fā)展將電子型電機(jī)控制裝置，并將其進(jìn)行推廣。交流電機(jī)的保護(hù)是與控制方式緊密聯(lián)系的，如車輛直接許用產(chǎn)生的4～7 倍的額定電流，應(yīng)用不同的元件結(jié)構(gòu)也不完全相同，熱繼電器、溫度繼電器和溫度開關(guān)、電子式電機(jī)保護(hù)控制裝置。

4.1 熱繼電器的原理與技術(shù)

下圖為應(yīng)用廣泛的ZEV 系列熱繼電器的接線圖，其實(shí)現(xiàn)了過載、缺相、電流不平衡、接地保護(hù)等標(biāo)準(zhǔn)保護(hù)功能，應(yīng)用的保護(hù)跳閘采用了數(shù)字顯示的方式，其四個(gè)按鍵設(shè)定數(shù)值。熱繼電器采用的是負(fù)載電流流經(jīng)校準(zhǔn)元件，使雙金屬熱元件產(chǎn)生彎曲，實(shí)現(xiàn)繼電器在電機(jī)繞組燒壞前的。

盡管這一技術(shù)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由工作原理可知，其對(duì)工業(yè)車輛的頻繁許用的應(yīng)用產(chǎn)生不了保護(hù)作用，且短路故障后無(wú)法應(yīng)用，這一技術(shù)隨著科技的不斷傳統(tǒng)的應(yīng)用方式早已不能滿足需要，其應(yīng)用多與其他裝置共同使用實(shí)現(xiàn)功能。

熱繼電器的接線圖

4.2 溫度繼電器的保護(hù)技術(shù)

溫度繼電器保護(hù)技術(shù)主要應(yīng)用雙金屬片設(shè)計(jì)的盤式繼電器，它具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，但其也存在一定的問題，因其動(dòng)作緩慢、返回時(shí)間較長(zhǎng)，所以在車輛工業(yè)很少利用這項(xiàng)技術(shù)，而主要應(yīng)用于空調(diào)壓縮技術(shù)上。

溫度繼電器不同于熱繼電器，溫度繼電器采用的是裝電機(jī)內(nèi)部溫度變化應(yīng)用的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，但熱繼電器則應(yīng)用在了動(dòng)力線上依據(jù)流熱效應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。這一保護(hù)技術(shù)在車輛電機(jī)應(yīng)用較少，但在電動(dòng)汽車領(lǐng)域已于其他技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了一些新的應(yīng)用。

4.3 電子式控制保護(hù)技術(shù)

伴隨著信息時(shí)代進(jìn)入到生活各個(gè)領(lǐng)域，在車輛電機(jī)的電子式保護(hù)裝置應(yīng)用的是集成電路、微處理器實(shí)現(xiàn)，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了斷相保護(hù)、溫度保護(hù)、監(jiān)測(cè)保護(hù)等多功能的設(shè)計(jì)。電機(jī)利用電壓、電流檢測(cè)取樣和三相不平衡原理進(jìn)行斷相保護(hù)，此保護(hù)原理是由電子分離元件或集成電路構(gòu)成的。電機(jī)工作電壓往往受到電壓波動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不平衡等因素的影響而使其不不易平衡，易出現(xiàn)誤動(dòng)且斷相的保護(hù)范圍小。

5 結(jié)論

本文基于分析工業(yè)車輛交流異步電機(jī)的額定與許用電流間關(guān)系，探討了電動(dòng)叉車等的理念、電動(dòng)叉車等的驅(qū)動(dòng)技術(shù)、交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)，以及以實(shí)踐結(jié)果電流為基礎(chǔ)探討了電機(jī)保護(hù)，包括熱繼電器的原理與技術(shù)、溫度繼電器的保護(hù)技術(shù)、電子式控制保護(hù)技術(shù)等，由實(shí)踐數(shù)據(jù)可知，工業(yè)車輛用交流電機(jī)最大許用電流為額定電流的3 倍。

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