單相串勵電機(jī)和三相交流異步電機(jī)在高空作業(yè)平臺中的應(yīng)用

高空作業(yè)平臺中常見的電機(jī)大多是單相串勵電機(jī)和三相交流異步電機(jī)，在上一篇公眾號文章中有提及電機(jī)在高空作業(yè)平臺中的應(yīng)用，電動化逐漸成為業(yè)界常態(tài)，各大廠家也都在這一塊上蓄勢發(fā)力。高空作業(yè)平臺和電一直是脫離不了干系的，即使在發(fā)動機(jī)動力的柴油越野、柴油臂架車也無法完全拋開電或電機(jī)。最為常見最為普通的液驅(qū)剪叉車，雖然名為液驅(qū)剪叉，但實(shí)際動力來源還是電機(jī)，這類高空車上應(yīng)用的電機(jī)一般是單相串勵電機(jī)，電驅(qū)類的剪叉車上也有使用直流電機(jī)，但相對于需要效率或性能的電驅(qū)車往往使用三相交流異步電機(jī)，也就是這兩類電機(jī)在高空作業(yè)平臺上的應(yīng)用比較廣泛，我們沿著這個思路來聊一下關(guān)于直流串勵電機(jī)和三相交流異步電機(jī)在高空作業(yè)平臺上的應(yīng)用。

在液驅(qū)剪叉上應(yīng)用的電機(jī)是直流的，為什么這里將串勵電機(jī)稱為單相串勵電機(jī)，單相串勵電機(jī)是交直流兩用的電機(jī)，在使用直流電時可以稱為直流串勵電機(jī)，在使用單相交流電時可稱為單相交流串勵電機(jī)，因此它又俗稱串勵電機(jī)或通用電機(jī)（Universal Motor），是交直流兩用的的電動機(jī)，串勵電機(jī)在結(jié)構(gòu)上是因電樞繞組和勵磁繞組串聯(lián)而得名。

串勵電機(jī)在日常生活中的應(yīng)用是非常廣泛的，像我們常見的電動工具一般都是串勵電機(jī)驅(qū)動的，串勵電機(jī)具有轉(zhuǎn)速高、體積小、啟動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)速可調(diào)等特點(diǎn)。在高空作業(yè)平臺上用于載重舉升時可以提供較大的動力，如12米或10平臺高度的車，一般額定載重為350KG，在滿載舉升時需要較大的動力提供，峰值電流可接近或超過300A，這時就靠著這個串勵電機(jī)為舉升提供足夠的能量。在工作時靠著電刷和換向器使其向著一個方向運(yùn)轉(zhuǎn)，串勵電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向始終朝著一個方向運(yùn)轉(zhuǎn)，這使得它在換向方面操控上不方便。

高空作業(yè)平臺上使用的串勵電機(jī)通常配合使用的馬達(dá)驅(qū)動器是電壓調(diào)節(jié)的，通過ECU輸出0~5V的模擬量信號給馬達(dá)控制器，馬達(dá)驅(qū)動器再將控制信號給到電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速。我們常見的馬達(dá)驅(qū)動器，比較知名的柯蒂斯1204M-4201用在液驅(qū)剪叉上是比較多的，這款類似的驅(qū)動器，國內(nèi)較多的驅(qū)動器廠家也早已成熟應(yīng)用，在成本和性能或性價比方面國產(chǎn)的驅(qū)動器更加有優(yōu)勢，驅(qū)動器和電機(jī)的接線和應(yīng)用非常方便，這類驅(qū)動器有帶有微控制器的，也有純硬件的，純硬件的驅(qū)動器內(nèi)部參數(shù)不可調(diào)或優(yōu)化不方便，帶有微控制器的驅(qū)動器可以通過編程器或上位機(jī)進(jìn)行參數(shù)調(diào)節(jié)或修改，優(yōu)化驅(qū)動器的動力曲線，使電機(jī)的動作曲線更平順、性能更佳。當(dāng)鑰匙使能信號和模擬量調(diào)速信號給到驅(qū)動器時，驅(qū)動器開始輸出控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)與驅(qū)動器的接線方式如下：

圖1 1204M接線示意圖

在電驅(qū)車上交流電機(jī)的應(yīng)用很常見，尤其近兩年開始電驅(qū)車在市場上逐漸多了起來，像鼎力、臨工等主機(jī)廠商都推出了主打的交流剪叉，去年展會上臨工就推出了14米的交流剪叉，今年在鼎力官方宣傳上也推出了全系列高度的交流剪叉。可見交流剪叉的落地應(yīng)用是越來越扎實(shí)了。電驅(qū)越野剪叉上交流電機(jī)更是成為整車動力的首選。上篇文章電機(jī)在高空作業(yè)平臺中的應(yīng)用我們介紹過交流電機(jī)的工作原理，三相交流異步電機(jī)基于定子旋轉(zhuǎn)磁場和轉(zhuǎn)子電流的相互作用產(chǎn)生的力，使電機(jī)轉(zhuǎn)動起來。

三相交流異步電動機(jī)也是應(yīng)用廣泛的一種電機(jī)，三相交流異步電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、價格便宜、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，被廣泛使用。機(jī)械特性是三相交流異步電機(jī)的主要特性，它是指轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，在剛開始啟動時，啟動轉(zhuǎn)矩大于反抗力矩就可以讓電機(jī)轉(zhuǎn)動起來，隨著轉(zhuǎn)速的上升，啟動加速中的BC段，電磁轉(zhuǎn)矩會一直增大，BC段會很快隨著速度加快而越過，之后就是AB段，這段會隨著轉(zhuǎn)速上升電磁轉(zhuǎn)矩下降，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到某一值時，電磁轉(zhuǎn)矩與反抗轉(zhuǎn)矩的力相等，這時轉(zhuǎn)速也不再上升，這時就處于一個穩(wěn)定狀態(tài)。所以交流異步電機(jī)的機(jī)械特性有兩個區(qū)域，一個是加速過程的BC不穩(wěn)定區(qū)，另一個是AB段穩(wěn)定區(qū)。電機(jī)一般都工作在穩(wěn)定區(qū)。

圖2 交流異步電機(jī)機(jī)械特性曲線

高空作業(yè)平臺上應(yīng)用交流電機(jī)驅(qū)動，但是整機(jī)的電源都是直流電，電機(jī)是如何驅(qū)動的呢？這里又要回到我們所說馬達(dá)驅(qū)動器上來了，我們熟知業(yè)內(nèi)在高空作業(yè)平臺上的電機(jī)驅(qū)動器也就那么幾家，國產(chǎn)廠商也是在大力推廣，或者說高空作業(yè)平臺的國產(chǎn)化也逐漸成為趨勢，交流電驅(qū)在實(shí)際的應(yīng)用中效果也是不錯的，動力或效率都有明顯的優(yōu)勢。我們當(dāng)前應(yīng)用廣泛的驅(qū)動器如ZAPI的COMBIACX/ACEX這種類型的驅(qū)動器，我們看一下它的性能參數(shù)（參考來源于ZAPI數(shù)據(jù)手冊，詳細(xì)手冊可在海鋒博客下載），工作電壓24V，三相交流工作狀態(tài)，持續(xù)工作最大輸出70A，工作2S最大瞬間輸出可達(dá)165A。控制方式上一般有模擬信號調(diào)速控制和CAN總線控制方式，在傳統(tǒng)的小電驅(qū)上使用的較多的還是模擬信號調(diào)速的方式，在新型的電驅(qū)車上逐漸推廣使用CAN總線控制，CAN總線控制接線簡單，控制方式靈活，調(diào)節(jié)方便，這也是今后剪叉車整車CAN總線應(yīng)用的趨勢。下圖是接線參考圖

圖3 交流異步電機(jī)電驅(qū)接線參考圖