一种电动叉车直流电控系统的设计方案

闫君杰，王国盛

（河南工学院，河南 新乡 453000）

电动叉车由于具有能量转换效率高、无废气排放、噪声低、控制方便等显著优点，得到了飞快发展。但我国相比其他发达国家，电动叉车生产仍处于起步阶段，国内厂家的技术水平与产品质量相对于国外先进的工业车辆制造商尚有一定差距，三电(电控、电机、电瓶)状况落后。本文介绍了一种电动叉车直流电控系统。

1 机件选择

本系统设计中选用了串励直流电机作为驱动电机，铅酸蓄电池作为系统电源。这是由于直流电动机具有结构简单，串励直流电机具有较大的起动转矩和过载能力，可以满足电动汽车快速启动、加速、爬坡、频繁启／停等要求。铅酸蓄电池成本低，技术可靠，生产工艺成熟，应用广泛。

2 电动叉车直流电机调速系统电路设计

2.1 控制器设计

控制器电路总体系统框图如图1所示，控制器内部分为功率回路和控制回路两大部分。可选用功率为3～25kW的串励直流电机，12～48V的蓄电池供电。

图1 控制器电路总体系统框图

功率回路：

采用MOSFET构成的斩波器来控制驱动电机的转速。在MOSFET断开的瞬间，电动机电流从续流二极管通过，续流二极管相当于整流器的功能，使电机转速变化平稳。在蓄电池正负极间直接连接高频滤波电容，为功率开关整流后的电源提供滤波。其中采用反接制动二极管，在串励电机反接制动期间，为电枢提供电流。

控制回路：

电动汽车调速信号从控制器的油门输入端子输入，并经油门调节电路进行整形、限幅、限流等处理，失控保护模块监测输入的调速信号，一旦检测到调速信号异常则触发限流模块限制控制器输出，调速信号经过油门调节模块后进入电流限制模块，当发生欠压、过温等故障和电动汽车反接制动时，电流限制模块能够限制控制器输出电流。然后，调速信号与三角波振荡器生成的三角波进行调制形成PWM脉宽调制信号，PWM信号经过门极驱动模块放大、隔离后驱动MOSFET。电路总控制（通断电控制，即通电和刹车信号）通过钥匙开关控制接线端子引入控制器，作为驱动控制电路的总开关。

MOSFET斩波器原理：

图2 功率回路斩波器电路

如图2所示，利用高效的功率开关器件MOSFET构成的斩波器连接电机和蓄电池，来控制电机的电压，从而改变电流。MOSFET每秒钟被控制器控制电路开关15000次，同时占空比随着调速信号变化。

当MOSFET接通时，电流经过电机，并以电磁场的形式储存能量；当MOSFET断开时，储存的能量使得电流通过续流二极管流入电机。随着开关的接通断开，控制电流只上下幅度很小地波动。决定电机转矩的平均电流被占空比控制，因此能几乎无损耗地为电机输送平滑的电流。

2.2 控制器外围电路设计

（1）控制器外围电路连线设计，如图3所示，电路描述如下：

图3 控制器外围电路

图4 加速器原理图

钥匙开关是电路总开关，接通后为电路供电。熔断器是电路保险，提供过流保护。电路中的二极管也是为电路提供保护功能。互锁开关，与刹车系统的开关互锁，当制动踏板踏下时，制动开关闭合，此电路中的互锁开关打开；当制动踏板释放时，制动开关打开，此电路中的互锁开关闭合。加速踏板微动开关是与加速踏板相连，由加速踏板控制的开关，当加速踏板踩下去时，加速踏板微动开关接通，当加速踏板释放时，它断开。右边前进/后退单刀双掷开关是控制电动车行驶方向（前进/后退）的。右边的主接触器线圈、前进接触器线圈和后退接触器线圈分别和左边的主接触器开关、前进接触器开关、后退接触器开关构成控制控制器功率电路的主接触器、控制电机前进方向旋转的接触器、控制电机后退方向旋转的接触器。S1、S2是驱动系统串励直流电机的激磁绕组，A1、A2是电机的电枢。加速器是与加速踏板连接的反映油门大小的油门电位计。

控制电路原理如下：

钥匙开关接通。前进时，扳动前进/后退开关至前进位置，踩下加速踏板，主接触器、前进接触器、后退接触器等工作，经控制器，电路接通，电机在前进方向旋转，汽车前进，并受控制器控制进行调速。后退时，扳动前进/后退开关至后退位置，踩下加速踏板，主接触器、前进接触器、后退接触器等工作，经控制器，电路接通，电机在后退方向旋转，汽车倒向行驶，并受控制器控制进行调速。制动时，踩下制动踏板，互锁开关打开，电路切断，电机减速，协助制动，使制动更迅速。

（2）加速器（油门电位计/节气门电位计）设计，如图4所示，采用两线可变电阻电位计调速，调速方便，安装简单。

3 试验

此电控系统方案已应用到实车上，进行了路试，半年内安全运行超过5000km，证明了控制系统的设计是合理的、安全可靠的。

4 结语

本文介绍了一种电动叉车直流电控系统的设计，通过对控制系统控制器、外围电路进行了详细说明，清楚地展示了控制系统的原理，具有很强的生产指导意义。

该系统控制器考虑到了各种保护措施，而且MOSFET的应用，使得该控制器响应高，压降小，可以提供十分高效和安静的工作。控制器外围电路设计：①利用电机线圈电流变向，控制车的前进方向，操作灵活；②采用两接头滑动可变电阻作为电控节气门，结构简单，信号准确；③利用制动踏板与主控电路互锁，使得制动时电路自动断电，从而快速制动。

[1]李春卉,张海波.电动叉车调速控制系统的发展[J],中国储运网,2008,(10):125－126.

[2]曹云平.电动车动力电源的发展现状[J],化工时刊,2001,(10):13－16.