电动叉车控制系统分析

第09卷 第10期 中 国 水 运 Vol.9 No.10 2009年 10月 China Water Transport October 2009

电动叉车控制系统分析

（天津海运职业学院，天津 300040）

摘 要：我国引进和生产的电动工程车辆，大多数采用美国GE 公司研制和生产的蓄电池电动车辆直流电机调速控制系统，本文对该系统在实际中的应用进行了分析。 关键词：控制；保护；联锁

中图分类号：TH134 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2009）010-0144-02

郭崇培

我国引进和生产的电动工程车辆，大多数采用美国GE 公司研制和生产的蓄电池电动车辆直流电机调速控制系统，现就对该系统在实际应用中的认识论述如下。

该系统可分为模拟型和数字型两类。

模拟型是GE 公司近期推出的一种低成本、高效率、高可靠的串激直流电机控制器。它保留了控制器必要的功能，取消了辅助功能，因而简便了使用和操作。

该模拟机型SR 一1A 和SR 一1控制回路采用最新模拟控制技术，主回路采用大功率MOSFET 功率管，可适用于小吨位的叉车，托盘车，平板搬运车，轻便推土机及电动游览船。

数字型可分为串激直流电机和并激直流电机控制系统。 串激直流电机控制器又可分为可控硅和大功率晶体管两种系列。可控硅控制器是以EV100为代表的GE 公司早期推出的，其主要控制回路采用了单片数字微机，由此组成了具有故障检测、存储、反接软制动，再生制动，速度限制、限流及温度保护等性能优良的控制系统，通过手持单元或仪表显示器可方便地对故障情况进行检测，同时对控制量进行以数字量为单位的设定和调整。可适用于1.5T~1.3T的电动

叉车、大吨位牵引车、高位堆垛车等工业电动车辆。

晶体管控制器主要有SR 一2A、SR 一2及EVT100系列，该控制器是由EVT100SCR 演变而来的第三代产品，包含了EV100所有的功能特性。在控制回路上，引进了新的、扩展的车辆系统论断性能，可方便地与个人计算机通讯。它是EV100CR 控制器的换代升级产品，可适用于1.5T~1.3T电动叉车、无轨高位堆垛车、高尔夫球车、游览电动车以及场地电动服务车辆等。

并激直流电动机SX 系列控制器是GE 公司最新推出的在国际上处于领先地位的高科技产品，与串激直流电机控制器相比：电瓶、电机工作电流脉动更小，电机的正反转换向比串激电机更简单，并可实现对并缴电机的完全控制，保护功率并且效率更高，同时还可以实现串激电机无法实现的坡道防后滑功能，因此，SX 系列可满足车辆制造商和用户对于现有的电动车辆电机和控制器期望有更大的提高和技术上的突破，制造出具有国际一流水平的高科技的电动车辆产品。

现在通过ClARK 立式电动叉车（NP300D40型）来说明串激直流电机可控硅控制系统的相关问题，其主控电路如图1所示：

图1

收稿日期：2009-08-20 作者简介：郭崇培（1968-），男，天津海运职业学院轮机实训中心主任，助理工程师，上海海事大学 轮机管理专业学士，

主要研究方向为机械及动力设备。

第10期 郭崇培：电动叉车控制系统分析 145

1．控制特性

振荡器-电路板的振荡器部分有两个可调特牲和一个固定特性，当加速器的电位器处在最大电阻值时，爬行速度（初速度）可由手持单元设定。最高速度由控制板固定并且当加速器的电位器处在最小电阻时获得，斩波器输出导通比的范围为约5%-95%，振荡器的中间工作条件是在50%导通时间，标称的通断时间为l.8毫秒，这相当于约300HZ，斩波器处于最高工作频率状态。爬行时，导通時间将缩短到约0.8毫秒，而开断时间将变为约20毫秒。在斩波器处于96%输出状态时，这情况将会倒置（即开断时间短，导通时间长），振荡器的这种

通断时间的变化在斩波器工作范围内均会产生最佳频率。

节加速起动的快慢，即强引操作加速器至全速位时，电动机获得96%电源电压所需时间的快慢，同时，在电机获得电源电压的96%后延时0.2秒，且加速器输入小于0.5V 或小于50Ω时全速接触器便闭合，将主硅（1REC）短接，电机将全电压运行，控制加速时间可调节，范围0.1-22秒。

7．全速接触器释放。若电机电流处于较大过载电流状态，则全速接触器即被释放，同时在全速接触器分开后方向开关或加速器开关必须立即返回至中性位置，以使控制卡内开通该释放电路，使挖控制器能再次吸合全速接触器，使用这一特性，会缩短全速接触器的触点寿命，因此仅当需要保护电机时才能使用它。

8．电路的联锁及保护装置。

（1）加速控制器及电压联锁：在操作钥匙开关或座位开关时，这一功能就对加速器输入电压进行检查，若该电压低于2.5V，控制卡即闭锁不工作，借以保正车辆起动时处于低速起动。

（2）静态回停：若座位开关或钥匙开关处于断开状态，控制器将停止动作，直到把方向杆拨回到中性位置，才能再次起动控制器，同时座位开关动作信号导致控制卡动作大约需要1.5秒左右的延时，因此，当车辆遇到碰撞、振动等，

图2 振荡器的频率曲线

斩波器导通时间百分比的增加速率是受控制加速限制的，从爬坡速度开始到80-85%的最大导通时，所需要的最小时间，由手持单元调节，调节范围约为0.1-22秒。

2．电流极限。这个电路是靠利用与转子串联的传感器来对电动机电流进行监测的，传感器所监测的信号被反馈到控制电路卡内，因此，电流可被控制到某一预定值。如果检测出重载电流，则这一电路就改变了振荡器的工作情况，使平均电流控制在手持单元所设定的值。这个电流极限整定值以1REC 的最大热额定和电容器上的峰值电压为依据。由于有通过3REC 的回扫电流，通常电动机电流大约是2-3倍的蓄电池电流，这意味着这种控制装置实际上是将蓄电池电流、电压变成为较大的电动机电流和较低的电动机电压。

3．反接制动。当反向时，通过提供一个小量的用于降速的制动转矩达到减速目的。如果车辆正在运行，而方向操作杆从一个方向扳到另一个方向，电动机磁场反向，产生反接信号，这时电动机的电枢由于受车辆慢性的驱动，应按原方向旋转，相当于发电机。发出的电流通过传感器和4REC 形成回路。振荡器电路把反接制动电流调节在由手持单元设定的极限水平。通过控制1REC 的脉中重复频率，来调节产生的电机电流，以使车辆平稳地停车或反向运行。

4．斜坡起动。车辆在斜坡上需要重新起动时，可通过斩波器给电机提供最大的扭矩，其必要条件是车辆在斜坡上停车时，方向开关必须保留在原位或中间位置，使斩波器能在车辆重新起动时，确保输出满功率。

5．满功率过渡。该功能提供由斩波器状态至全速接触器短接主硅（1REC）过程的平稳过渡，这一过渡是靠斩波器连续产生脉冲，直至1A 接触器触点闭合来完成。

6．加速起动和全速接触器吸合时间。利用这一功能可调

使座位开关瞬时断开，将不影响车辆的正常工作。

（3）线圈激励模块：这些激励器是逻辑电路板的内部件，是操作换向、全速和转向泵等并接用接触器的线路动力装置，它们按照逻揖电路板发出的指令，吸合和释致这些接触器。所有模块中都装有蓄电池反相接线保护器，如果蓄电池接线不正确，被控制的任何一个接触器都不可能吸合，以免烧坏电路元件。

（4）全速按接触器热释抑：当车辆处在严重热削减状态时，本特性会防止全速接触器吸合以避免产生转矩突变现象。当控制器进入运转状态时，全速接触器不会吸合。

（5）脉冲监控器断路装置（PMT）：

如果存在会引起车速无法控制（失控）的事故条件，本装置会停止或闭锁控制操作，它有三个特性：查看、再查看、自动重复、查看和复位。

遇到下列情况，PMT电路将不允许控制器启动。 A、如果主硅1REC 短路或全速接触器粘连，则控制器将不让换向接触器吸合。

B、如果换向接触器内线圈激励器短路或3REC 短路，则将不允许控制器工作。

遇到下列情况时，PMT电路将会停止控制器工作： 如果1REC 主硅未能换向（关断）或如果在全速接触器处在释放状态时，却仍旧保持吸合状态。

当换向接触器释放后，PMT电路会查看故障情况，如果没有发现故障，则会重新吸合方向接触器。如果故障仍然存在，则换向接触器将会释放，并保持释放状态。

如果全速接触器吸合后又发生换向故碍则“再查看计数器”将会自动复位，这样就消除由于随机干扰而引起断路时，须用钥匙开关来使PMT 复位的麻烦。

当PMT 电路禁止换向接触器吸合时，只有断开钥匙开关，才能使PMT 电路复位。 （下转147页）

第10期 何其勇等：施工船舶液压系统的维护 147 和高压油管接头与胶管的压合处过早失效漏油或爆管、溢流阀频繁动作油温上升。还有一个值得注意的问题 ：操作人员要保持稳定。因为每台设备操纵系统的自由间隙都有一定差异，连接部位的磨损程度不同因而其间隙也不同，动力系统及液压系统出力的大小也不尽相同，这些因素赋予了设备的个性。只有使用该设备的操作人员认真摸索，修正自己的操纵动作以适应设备的个性，经过长期作业后，才能养成符合设备个性的良好操作习惯。一般机械行业坚持定人定机定岗制度，这也是因素之一。

2．要注意气蚀和溢流噪声

作业中要时刻注意液压泵和溢流阀的声音，如果液压泵出现"气蚀"噪声，经排气后不能消除，应查明原因排除故障后才能使用。如果某执行元件在没有负荷时动作缓慢，并伴有溢流阀溢流声响，应立即停机检修。

3．保持适宜的油温

液压系统的工作温度一般控制在30～80℃之间为宜（危险温度≥100℃）。液压系统的油温过高会导致：油的粘度降低，容易引起泄漏，效率下降；润滑油膜强度降低，加速机械的磨损；生成碳化物和淤碴；油液氧化加速油质恶化；油封、高压胶管过早老化等。为了避免温度过高：不要长期过载；保持足够的油量以利于油的循环散热；炎热的夏季不要全天作业，要避开中午高温时间。油温过低时，油的粘度大，流动性差，阻力大，工作效率低；当油温低于20℃时，剧烈作业易损坏液压马达、阀、管道等。

4．液压油箱气压和油量的控制

压力式油箱在工作中要随时注意油箱气压，其压力必须保持在随船《使用说明书》规定的范围内。压力过低，油泵吸油不足易损坏，压力过高，会使液压系统漏油，容易造成低压油路爆管。对维修和换油后的设备，排尽系统中的空气后，要按随船《使用说明书》规定的检查油位状态。

5．其他注意事项

作业中要防止飞落石块打击液压油缸、活塞杆、液压油管等部件。活塞杆上如果有小点击伤，要及时用油石将小点

周围棱边磨去，以防破坏活塞杆的密封装置，在不漏油的情况下可继续使用。连续停止作业在24h 以上的时，在启动前，要向液压泵中注油，以防液压泵干磨而损坏。

五、定期保养注意事项

目前有的施工船舶液压系统设置了智能装置，该装置对液压系统某些隐患有警示功能，但其监测范围和程度有一定的局限性，所以液压系统的检查保养应将智能装置监测结果与定期检查保养相结合。

1．（250h）检查保养

检查滤清器滤网上的附着物，如金属粉末过多，往往标志着油泵磨损或油缸拉缸，对此，必须确诊并采取相应措施后才能开机。如发现滤网损坏、污垢积聚，要及时更换，必要时同时换油。

2．（500h）检查保养

不管滤芯状况如何均应更换，因为凭肉眼难以察觉滤芯的细小损坏情况，如果长时间高温作业还应适当提前更换滤芯。

3．（2,000h）检查保养

清洗滤清器，更换滤芯，清洗液压油箱，更换液压油。长期高温作业换油时间要适当提前。当然，如能通过油质检隔100h 应检测一次，以便及时发现并更换变质油。

4．（5,000h和10,000h）检查维护

液压系统需由专业人员检测，进行必要的调整和维修。根据实践，进口液压泵、液压马达工作10,000h 后必须大修，否则液压泵、马达因失修可能损坏，对液压系统是至命性的破坏。

参考文献

[1] 赵静一，王巍. 液力传动. 机械工业出版社. [2] 路甬祥. 液压气动技术手册. 机械工业出版社.

[3] 郑国伟，文邦德. 设备管理与维修工作手册. 湖南科学技术

出版社.

[4] 吴良宝. 船舶液压传动系统. 国防工业出版社.

（上接145页）

（6）热保护器（TP）：这一个热敏装置在主硅1REC 的散热器上，如果1REC 的温度开始超过具温度极限，即使电流极限被降低了，车辆通常仍能达到足以使全速接触器工作的速度，从而使散热板冷却下来，此时，热保护器将自动使控制器恢复到可全电压调速输出的状态。

（7）低电压保护：完电量不足的蓄电池，尤其是放电量己经超过了80%的蓄电池，会向斩波器控制线路提供低电

压，对于标准电压为36V-84V 的蓄电池，降到50%的蓄电池标准降盾电压仍可使用，标准电压为24V 的蓄电池，降到75%的蓄电池标准电压仍可使用。更低的蓄电池电压会引起控制装置不能正常地工作。但是万一换向出现故障，PMT会使换向接触器释放。

参考资料

GE Electric Vehicle Sestems