多年來,直流電一直是電動倉儲搬運設(shè)備的主要動力源,直流驅(qū)動作為一種較便宜的驅(qū)動方式在很早以前就已在電動設(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在此方面較之遠勝,因此,目前大型搬運設(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,自19世紀末,交流動力即已得到普遍的使用,正是交流電機技術(shù)推動了工業(yè)、鐵路及其他領(lǐng)域的電氣化進程?,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)點主要體現(xiàn)在以下方面:
1、高低電壓之間的轉(zhuǎn)換簡單。
2、電動機變?yōu)閺妱鸥咝?,并可?jīng)受高電流的沖擊。
3、電動機的零件數(shù)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,交流電機在以電瓶為動力的設(shè)備如叉車上應(yīng)用受到一定的限制,主要有兩個原因:80V的低系統(tǒng)電壓,需由高能半導(dǎo)體實現(xiàn)直流向交流的轉(zhuǎn)換,此項成本居高不下,轉(zhuǎn)換過程本身會消耗能量,而電瓶容量相當(dāng)有限。
下面,我們針對現(xiàn)有的幾種電機技術(shù)作一個簡單介紹。
串聯(lián)直流電機
這是最古老、最傳統(tǒng)的電機。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,這一點限制了制動性能的發(fā)揮。另外,電機炭刷作為易損件必須定期更換,否則會極大影響電機壽命。考慮到這一點,許多廠商都會在叉車上配置偵測磨損并發(fā)出警告的裝置,這一裝置增加了叉車的成本。并且,所有的電機都會發(fā)熱,但在直流電機中,熱量主要產(chǎn)生在電機的內(nèi)部部件,因此大多數(shù)的直流電機都會同時配備一個風(fēng)扇用于散熱。
他勵電機
這是一種較為先進的直流電機,定子及電樞的能量分別輸入。與串聯(lián)電機相同,這種技術(shù)已應(yīng)用了相當(dāng)長的時間。新技術(shù)使用分開激發(fā)的并勵磁場與電樞,使電機的性能控制比串聯(lián)電機要好得多。這種電機通常被稱為4象限電機,因為它在前后兩個方向都能行駛與剎車。然而,電機炭刷的缺陷仍然存在。
三相交流電機
技術(shù)上來說,這是結(jié)構(gòu)相對簡單的一種電機。其原理是將三相交流電輸送給固定的線圈,產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場感應(yīng)短接的轉(zhuǎn)子上的電壓。交流電機沒有發(fā)刷,也沒有直流電機通常對電流方面的限制,這意味著電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(zhuǎn)。
交流電機中,熱量主要發(fā)生在電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(zhuǎn)子可以被密封。交流電機無需定期更換的易損件,同時,它比直流電機更高效、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)換時的能量損耗。盡管如此,交流動力在叉車上的應(yīng)用仍逐漸擴大。
要達到這一目的,首先要解決3個問題:
1、轉(zhuǎn)換能量損耗。
2、硬件成本。
3、低壓交流電機的制造技術(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完整的系統(tǒng),而非僅關(guān)注于某個部件。最終歸結(jié)為使直流向交流轉(zhuǎn)換時的能量損耗等同于直流電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(tǒng)得以實現(xiàn)。
降低成本
接下的第二步是維持硬件部分的低成本。這一目標最終通過廣泛的試驗找到更佳類型及數(shù)量的半導(dǎo)體元件而得以實現(xiàn),在此過程中電子元件價格的不斷下跌也有相當(dāng)幫助,同時證明了交流技術(shù)的戰(zhàn)略前景。然而,最重要的因素還是整車設(shè)計都基于交流技術(shù)交流電機的高制動扭矩是關(guān)鍵。實際上,交流電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?qū)崿F(xiàn)。如果大要更強力的剎車,就必須使用傳統(tǒng)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,使交流電機的電氣制動效果要比直流電機強很多。
高效的制動意味著傳統(tǒng)的制動系統(tǒng)可被大大簡化,其中,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(zhuǎn)換行駛方向剎車,電動機均會停轉(zhuǎn)并且產(chǎn)生類似發(fā)電機的作用。這意味著剎車襯的磨損降至最低。
能量回收
如前文所述,交流電機在行駛與制動上的效率都更高,剎車時,電機反向轉(zhuǎn)動,也就是說交變電壓的頻率比轉(zhuǎn)子頻率低,并且電機產(chǎn)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機,一個用于行駛,一個用于提升。兩者都可產(chǎn)生能量再生。典型的前移式叉車使用時,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作。
3、10%用于轉(zhuǎn)向、風(fēng)扇等。
荷載提升時,能量開始消耗,當(dāng)貨物隨貨叉下降時,能量得以回收利用,現(xiàn)場測試表明,負載提升時的能量消耗占總消耗的19%。
目前,國際幾個大型廠商車型均優(yōu)先考慮行駛部分的能量再生,因為這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到。由于其高制動扭矩,幾乎所有的制動方式產(chǎn)生能量再生。
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(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,先進一些的電車均會產(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際是無法計算的,它取決于不同使用狀況,開始剎車時的速度等,一個較合理數(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。最簡單的做法是能量回充至電瓶以延長使用時間。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。在用戶端即體現(xiàn)為單位時間更高的生產(chǎn)力,更低的操作及維護成本。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。