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交流技術在電瓶叉車上的應用

摘 要：
　　多年來，直流電一直是電動倉儲搬運設備的主變動力源，直流驅動作為一種較便宜的驅動方式在很早以前就已在電動設備上廣泛應用。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，而交流電及交流電動機在此方面較之遠勝，因此番大室內搬運設備生產商都已開始致力于交流技術應用的研發。
　　其實，自19世紀末，交流動力即已得到普遍的使用，亦正是交流電動機技術推動了工業、鐵路及其他領域的電氣化進程?，F在，應用交流技術的電器產品已隨處可見，交流也許已成為得到最廣泛測試與驗與驗證的技術。
　　交流技術的優點主要體現在以下方面：
　　l、高低電壓之間的轉換簡單。
　　2、電動機變為強勁高效，并可經受高電流的沖擊。
　　3、電動機的零件數量大大減少，并且無磨損，堅固耐用。
　　4、相對直流電動機來說，成本降低顯著。
然而，交流電動機在以電瓶為動力的設備如叉車上應用收到一定的限制，主要有兩個原因：80V的低系統電壓，需由高能半導體實現直流向交流的轉換，此項成本居高個下；轉換過程本身會消耗能量，而電瓶容量相當有限。

　　BT公司現已開發出新型系列的交流動力前伸式叉車，命名為Reflex Aci。新系列叉車克服了以下問題，實現了交流技術的所有潛能，使叉車的操作成本降低，性能及可靠性顯著提高。
　　下面，我們針對現有的幾種電動機技術作一個簡單介紹。
串聯直流電動機
　　這是最古老、最傳統的電動機。電流輸送至電池及轉干，并通過炭刷傳到定子。這種方式有兩個缺陷：所有的電流必須經由炭刷來輸送，性能取決于炭刷的物理尺寸及磨損情況。最主要的是，這一點限制了制動性能的發揮。另外，電動機炭刷作為易損件必須定期更換，否則會極大影響電動機壽命?？紤]到這一點，許多廠商都會在叉車上配置偵測磨損并發出警告的裝置，這一裝置增加了叉車的成本。
所有的電動機都會發熱，但在直流電動機中，熱量主要產生在電動機的內部部件，因此大多數的直流電動機都會同時配備一個風扇用于散熱。
他勵電動機
　　這是一種較為先進的直流電動機，定子及電樞的能量分別輸入。與串聯電動機相同，這種技術已應用了相當長的時間。新技術使用分開激發的并勵磁場與電樞，使電動機的性能控制比串聯電動機要好得多。這種電動機通常被稱為4象限電動機，因為它在前后兩個方向都能行駛與剎車。
然而，電動機炭刷的缺陷仍然存在。
三相交流電動機
　　技術上來說，這是結構最為簡單的一種電動機。其原理是將三相交流電輸送給固定的線圈，產生旋轉的磁場感應短接的轉子上的電壓。
　　交流電動機沒有發刷，也沒有直流電動機通常對最大電流方面的限制，這意味著電動機在實際使用中可以得到更多的能生及更大的制動扭力，于是可以更快的速度運轉。
交流電動機中，熱量主要發生在電動機外殼部分的固定子線圈，便于冷卻與散熱。如果需要的話，轉子可以被密封。交流電動機沒有需定期更換的易損件，同時，它比直流電動機上高效、耐久，成本也更低。
如前所述，電瓶設備如叉車應用交流技術存在兩個問題：80V的低系統電壓及相應較高的電流；直流交流轉換時的能量損耗。
　　盡管如此，交流動力在叉車上的應用仍逐漸擴大。但是大部分的廠商提供的交流動力叉車主要是用于防爆環境下的直流叉車的改型，價格相當昂貴。BT的Reflex系列則不同，它不僅僅是采用了交流動力，而且應用了系列全新設計理念，使交流技術的優勢得到充分體現與發展。
　　要達到這一目的，首先要解決3個問題：
　　● 轉換能量損耗。
　　● 硬件成本。
　　● 低壓交流電動機的制造技術。

平衡能量損失
　　轉換能量損耗的解決辦法是將叉車視為一個完整的系統，而非僅關注于某個部件。最終歸結為使在流向交流轉換時的能量損耗等同于直流電動機炭刷部分的能量損耗（交流電動機沒有炭刷），這一過程通過先進的電子系統得以實現。
降低成本
　　接下的第二步是維持硬件部分的低成本、這一目標最終通過廣泛的試驗找到最佳類型及數量的半導體元件而得以實現，在此過程中電子元件價格的不斷下跌也有相當幫助，同時證明了交流技術的戰略前景。
　　然而，最重要的因素還是整車設計都基于支流技術交流電動機的高制動扭矩是關鍵。實際上，交流電動機的制動能力是等同于其加速能力的。電氣制動可以通過改變行駛方向實現。如果大要更強力的剎車，就必須使用傳統的剎車。通過對電動機尺寸的仔細研究，得到了比加速扭矩大得多的制動扭矩，使交流電動機的電氣制動效果要比直流電動機強很多。
　　高效的制動意味著傳統的制動系統可被大大簡化、在BT的Reflex Aci中，普通的行車制動己被泊車制動替代。不論駕駛者通過剎車踏板剎車，還是轉換行駛方向剎車，電動機均會停轉并且產生類似發電機的作用。這意味著剎車襯的磨損降至最低。
交流電動機的結構簡單，易損件數量明顯減少
驅動輪剎車部分零件也明顯減少，無液壓件，無剎車片
能量回收
　　如前文所述，交流電動機在行駛與制動上的效率都更高，剎車時，電動機反向轉動，也就是說交變電壓的頻率比轉子頻率低，并且電動機產生放電的作用。剎車越強烈，再生的能量越多。
一部叉車有兩個較大的電動機，一個用于行駛，一個用于提升。兩者都可產生能量再生。典型的前伸式叉車使用時，所有能量消耗可分為以下幾部分：
　　● 50％用于行駛。
　　● 4O%用于提升及門架與貨義的其他動作。
　　● 10%用于轉向、風扇等。
　　荷載提升時，能量開始消耗，當貨物隨貨叉下降時，能量得以回收利用，現場測試表明，負載提升時的能量消耗占總消耗的19％。
　　BT的Reflex Aci系列優先考慮行駛部分的能量再生，因為這是能顯消耗最大的部分，并且無需增加系統的復雜性，即無需增加任何成本即可達到。由于其高制動扭矩，幾乎所有的制動方式均和產生能量所生。
　　在某些直流動力叉車上也有電氣再生制動，但必須在強烈的剎車時才可能發生，這也意味著再生的部分能量在剎車襯部分就轉化成了熱量。而幾乎在所有的狀況下，Reflex Aci均會產生能量再生，并且持續作用在直至叉車完全靜止。
　　有多少能量可以被回收實際上是無法計算的，它取決于不同的使用狀況，開始剎車時的速度等，一個較合理的數字是10%-15%，即叉車整體能量消耗的5％-7％。
提高性能
　　回收的能量如果不能合理利用，其益處是有限的。最簡單的做法是能是回充至上電瓶以延長使用時間。在Reflex Aci中， BT將這部分能量用于提高叉車的整體性能。其結果是最高速度提高了10％，更為明顯的作用體現在加速度上。
　　Reflex Aci達到最高速僅需15m，而直流叉車至少需要其兩倍以上的距離。研究表明，在大多數的實際使用中，叉車自啟動至停止的一次搬運作業距離很少人于20m。僅有BT交流叉車優秀的加速性使得在如此的短距離內實現全速運轉成為可能。
　　綜上所述，交流技術在叉車上的應用，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。在用戶端即體現為單位時間更高的生產力，更低的操作及維護成本。交流技術在電瓶叉車上被稱為未來的技術，必將得到越來越廣泛的運用。
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