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多年來,直流電一直是電動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)搬運(yùn)設(shè)備的主要?jiǎng)恿υ?,直流?qū)動(dòng)作為一種較便宜的驅(qū)動(dòng)方式在很早以前就已在電動(dòng)設(shè)備上廣泛應(yīng)用。然而,直流系統(tǒng)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(jī)在此方面較之遠(yuǎn)勝,因此,目前大型搬運(yùn)設(shè)備生產(chǎn)商都已開始致力于交流技術(shù)的研發(fā)及應(yīng)用。
其實(shí),自19世紀(jì)末,交流動(dòng)力即已得到普遍的使用,正是交流電機(jī)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(xiàn)在,應(yīng)用交流技術(shù)的電器產(chǎn)品已隨處可見。
交流技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下方面:
1、高低電壓之間的轉(zhuǎn)換簡(jiǎn)單。
2、電動(dòng)機(jī)變?yōu)閺?qiáng)勁高效,并可經(jīng)受高電流的沖擊。
3、電動(dòng)機(jī)的零件數(shù)量大大減少,并且無磨損,堅(jiān)固耐用。
4、相對(duì)直流電動(dòng)機(jī)來說,成本降低顯著。
然而,交流電機(jī)在以電瓶為動(dòng)力的設(shè)備如叉車上應(yīng)用受到一定的限制,主要有兩個(gè)原因:80V的低系統(tǒng)電壓,需由高能半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)直流向交流的轉(zhuǎn)換,此項(xiàng)成本居高不下,轉(zhuǎn)換過程本身會(huì)消耗能量,而電瓶容量相當(dāng)有限。
下面,我們針對(duì)現(xiàn)有的幾種電機(jī)技術(shù)作一個(gè)簡(jiǎn)單介紹。
串聯(lián)直流電機(jī)
這是最古老、最傳統(tǒng)的電機(jī)。電流輸送至電池即轉(zhuǎn)干,并通過炭刷傳到定子。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(jī)炭刷作為易損件必須定期更換,否則會(huì)極大影響電機(jī)壽命??紤]到這一點(diǎn),許多廠商都會(huì)在叉車上配置偵測(cè)磨損并發(fā)出警告的裝置,這一裝置增加了叉車的成本。并且,所有的電機(jī)都會(huì)發(fā)熱,但在直流電機(jī)中,熱量主要產(chǎn)生在電機(jī)的內(nèi)部部件,因此大多數(shù)的直流電機(jī)都會(huì)同時(shí)配備一個(gè)風(fēng)扇用于散熱。
他勵(lì)電機(jī)
這是一種較為先進(jìn)的直流電機(jī),定子及電樞的能量分別輸入。與串聯(lián)電機(jī)相同,這種技術(shù)已應(yīng)用了相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。新技術(shù)使用分開激發(fā)的并勵(lì)磁場(chǎng)與電樞,使電機(jī)的性能控制比串聯(lián)電機(jī)要好得多。這種電機(jī)通常被稱為4象限電機(jī),因?yàn)樗谇昂髢蓚€(gè)方向都能行駛與剎車。然而,電機(jī)炭刷的缺陷仍然存在。
三相交流電機(jī)
技術(shù)上來說,這是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的一種電機(jī)。其原理是將三相交流電輸送給固定的線圈,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)感應(yīng)短接的轉(zhuǎn)子上的電壓。交流電機(jī)沒有發(fā)刷,也沒有直流電機(jī)通常對(duì)電流方面的限制,這意味著電機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)。
交流電機(jī)中,熱量主要發(fā)生在電機(jī)外殼部分的固定子線圈,便于冷卻與散熱。如果需要的話,轉(zhuǎn)子可以被密封。交流電機(jī)無需定期更換的易損件,同時(shí),它比直流電機(jī)更高效、耐久,成本也更低。
如前所述,電瓶設(shè)備如叉車應(yīng)用交流技術(shù)存在兩個(gè)問題:80V的低系統(tǒng)電壓及相應(yīng)較高的電流;直流交流轉(zhuǎn)換時(shí)的能量損耗。盡管如此,交流動(dòng)力在叉車上的應(yīng)用仍逐漸擴(kuò)大。
要達(dá)到這一目的,首先要解決3個(gè)問題:
1、轉(zhuǎn)換能量損耗。
2、硬件成本。
3、低壓交流電機(jī)的制造技術(shù)。
相應(yīng)的措施如下:
平衡能量損失
轉(zhuǎn)換能量損耗的解決辦法是將叉車視為一個(gè)完整的系統(tǒng),而非僅關(guān)注于某個(gè)部件。最終歸結(jié)為使直流向交流轉(zhuǎn)換時(shí)的能量損耗等同于直流電機(jī)炭刷部分的能量損耗(交流電動(dòng)機(jī)沒有炭刷),這一過程通過先進(jìn)的電子系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。
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(biāo)最終通過廣泛的試驗(yàn)找到更佳類型及數(shù)量的半導(dǎo)體元件而得以實(shí)現(xiàn),在此過程中電子元件價(jià)格的不斷下跌也有相當(dāng)幫助,同時(shí)證明了交流技術(shù)的戰(zhàn)略前景。然而,最重要的因素還是整車設(shè)計(jì)都基于交流技術(shù)交流電機(jī)的高制動(dòng)扭矩是關(guān)鍵。實(shí)際上,交流電機(jī)的制動(dòng)能力是等同于其加速能力的。電氣制動(dòng)可以通過改變行駛方向?qū)崿F(xiàn)。如果大要更強(qiáng)力的剎車,就必須使用傳統(tǒng)的剎車。通過對(duì)電動(dòng)機(jī)尺寸的仔細(xì)研究,得到了比加速扭矩大得多的制動(dòng)扭矩,使交流電機(jī)的電氣制動(dòng)效果要比直流電機(jī)強(qiáng)很多。
高效的制動(dòng)意味著傳統(tǒng)的制動(dòng)系統(tǒng)可被大大簡(jiǎn)化,其中,普通的行車制動(dòng)己被泊車制動(dòng)替代。不論駕駛者通過剎車踏板剎車,還是轉(zhuǎn)換行駛方向剎車,電動(dòng)機(jī)均會(huì)停轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生類似發(fā)電機(jī)的作用。這意味著剎車襯的磨損降至最低。
能量回收
如前文所述,交流電機(jī)在行駛與制動(dòng)上的效率都更高,剎車時(shí),電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng),也就是說交變電壓的頻率比轉(zhuǎn)子頻率低,并且電機(jī)產(chǎn)生放電的作用。剎車越強(qiáng)烈,再生的能量越多。
一部叉車有兩個(gè)較大的電機(jī),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%用于提升及門架與貨義的其他動(dòng)作。
3、10%用于轉(zhuǎn)向、風(fēng)扇等。
荷載提升時(shí),能量開始消耗,當(dāng)貨物隨貨叉下降時(shí),能量得以回收利用,現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明,負(fù)載提升時(shí)的能量消耗占總消耗的19%。
目前,國(guó)際幾個(gè)大型廠商車型均優(yōu)先考慮行駛部分的能量再生,因?yàn)檫@是能量消耗大的部分,并且無需增加系統(tǒng)的復(fù)雜性,即無需增加任何成本即可達(dá)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)力叉車上也有電氣再生制動(dòng),但必須在強(qiáng)烈的剎車時(shí)才可能發(fā)生,這也意味著再生的部分能量在剎車襯部分就轉(zhuǎn)化成了熱量。而幾乎在所有的狀況下,先進(jìn)一些的電車均會(huì)產(chǎn)生能量再生,并且持續(xù)作用直至叉車完全靜止。
有多少能量可以被回收實(shí)際是無法計(jì)算的,它取決于不同使用狀況,開始剎車時(shí)的速度等,一個(gè)較合理數(shù)字是10%-15%,即叉車整體能量消耗的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(zhǎng)使用時(shí)間。這部分能量用于提高叉車的整體性能。其結(jié)果是速度提高了10%,更為明顯的作用體現(xiàn)在加速度上。
綜上所述,交流技術(shù)在叉車上的應(yīng)用,使得叉車的性能整體提高,故障及事件更換率明顯降低,可靠性大大增強(qiáng)。在用戶端即體現(xiàn)為單位時(shí)間更高的生產(chǎn)力,更低的操作及維護(hù)成本。交流技術(shù)在電瓶叉車上的應(yīng)用,必將得到越來越廣泛的發(fā)展。