تطبيق نظام المحرك المتزامن المغناطيس الدائم في الرافعة الشوكية الكهربائية

في السنوات الأخيرة، ومع الفهم العميق للناس لأضرار التلوث البيئي، أصبحت حماية البيئة محور الاهتمام المشترك في العالم. لذلك، تطورت بسرعة مركبات البطاريات المختلفة مثل الرافعات الشوكية الكهربائية التي تستخدم البطاريات كمصادر للطاقة. تتميز الرافعات الشوكية الكهربائية بمزايا كفاءة تحويل الطاقة العالية، والضوضاء المنخفضة، وعدم انبعاثات العادم، والتحكم المريح. لقد تم استخدامها على نطاق واسع في ورش العمل والمستودعات وأنظمة التخزين الأوتوماتيكية ومحلات السوبر ماركت الكبيرة وغيرها من الأماكن ذات الظروف البيئية العالية. في الوقت الحاضر، وصلت نسبة الرافعات الشوكية الكهربائية في الدول المتقدمة مثل أوروبا والولايات المتحدة إلى 60% من إجمالي الرافعات الشوكية، بينما تبلغ نسبة الرافعات الشوكية الكهربائية المحلية حوالي 20% فقط.

لقد تجاوزت الرافعات الشوكية الكهربائية الآن القيود المفروضة على إمكانية استخدامها فقط لعمليات الحمولة الصغيرة، وانتقلت تدريجيًا من الداخل إلى الخارج، وازداد الطلب في السوق عامًا بعد عام.

1. محرك الرافعة الشوكية الكهربائية
لقد عزز تطوير الرافعات الشوكية الكهربائية الابتكار المستمر لمحركها ونظام التحكم الخاص بها. هناك أنواع عديدة من المحركات وأنظمة التحكم الخاصة بها. تستخدم الرافعات الشوكية الكهربائية المحلية بشكل أساسي محركات DC، بما في ذلك محركات DC ذات الإثارة المتسلسلة، ومحركات DC ذات الإثارة المتوازية، ومحركات DC ذات الإثارة المركبة. على الرغم من أن محركات التيار المستمر تتميز بالعديد من الخصائص، مثل الأداء الجيد لتنظيم السرعة، ونطاق تنظيم السرعة الواسع، وعزم دوران كبير عند البدء، وسهولة التحكم، إلا أن محركات التيار المستمر تحتوي على فرش تلامس، مما يجعل من السهل حدوث فشل التبديل والفشل الميكانيكي الآخر أثناء التشغيل، مع ضوضاء عالية والعمر المنخفض والصيانة المتكررة. ولذلك، فإن تطبيق المحركات غير المتزامنة قد تزايد في السنوات الأخيرة، كما يتم استخدام المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم والمحركات ذات الممانعة التبديلية. من خصائص المحركات المختلفة، تتمتع المحركات غير المتزامنة بموثوقية عالية، وتتمتع المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم بأداء شامل ممتاز، لكن كلا من المحركات غير المتزامنة وأنظمة التحكم في المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم تواجه مشكلة ارتفاع تكاليف التحكم.
الأداء الشامل للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم يتجاوز أداء الأنواع الأخرى من المحركات، وهو محرك مثالي لقيادة الرافعة الشوكية الكهربائية. مع تطور تكنولوجيا الكمبيوتر وتكنولوجيا الاستشعار وتكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، سيكون لأنظمة المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم تطبيقات أوسع في مجال السيارات الكهربائية. في ضوء التحليل أعلاه، تقدم هذه الورقة نظام محرك متزامن ذو مغناطيس دائم للرافعات الشوكية الكهربائية، وتقارن أدائه مع محركات التيار المستمر بنفس مستوى الطاقة.

2. محرك متزامن ذو مغناطيس دائم
مبدأ التشغيل للمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم هو نفس مبدأ المحرك المتزامن للإثارة الكهربائية، ولكنه يستبدل ملف الإثارة بمغناطيس دائم، مما يجعل هيكل المحرك أبسط، ويقلل من تكلفة المعالجة، ويزيل عاكس التيار والفرش المعرضة للمشاكل، وتحسين موثوقية المحرك؛ ونظرًا لعدم وجود فقدان للإثارة، يتم تحسين كفاءة وكثافة طاقة المحرك. يوضح الشكل 1 مخطط الدائرة المغناطيسية الدوارة لمحرك متزامن ذو مغناطيس دائم للرافعات الشوكية الكهربائية. يعتمد المحرك على هيكل دائرة مغناطيسية دوارة مدمجة من الفولاذ المغناطيسي.
مزايا الدوار المدمج بالفولاذ المغناطيسي هي معامل تسرب صغير وأداء ديناميكي جيد، وهو مناسب بشكل خاص للمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم للرافعات الشوكية الكهربائية ذات متطلبات الأداء الديناميكي العالية نسبيًا. يساعد عزم الدوران المقاوم المغناطيسي الناتج عن عدم تناسق دائرته المغناطيسية أيضًا على تحسين سعة التحميل الزائد وكثافة طاقة المحرك، كما أنه من السهل زيادة السرعة عن طريق "المجال المغناطيسي الضعيف". يتميز المحرك بخصائص السرعة المنخفضة وعزم الدوران العالي لضمان عزم الدوران المطلوب للمركبة عند درجة حرارة منخفضة؛ لديها نطاق واسع لسرعة التشغيل لتلبية احتياجات توليد الطاقة في السيارة ومساعدة الطاقة؛ ولها كفاءة عمل عالية. يسرد الجدول 2 مقارنة أداء محرك متزامن ذو مغناطيس دائم بقدرة 6.5 كيلووات ومحرك DC شائع الاستخدام.

3. نظام التحكم بمحرك متزامن ذو مغناطيس دائم
يعتمد نظام التحكم في المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم التحكم المباشر في عزم الدوران، والتحكم في ناقلات الفضاء والتحكم في ناقلات السرعة بدون مستشعر وطرق التحكم الأخرى. إنها تتميز بالكفاءة العالية والأداء العالي والموثوقية العالية، ولديها وظيفة إرجاع طاقة الكبح للرافعة الشوكية الكهربائية إلى حزمة بطارية الطاقة. يحتوي نظام التحكم على وحدة اتصال CAN مع أنظمة المركبات الأخرى. يعد تجهيز نظام التحكم في المركبات الكهربائية بشبكة منطقة التحكم (CAN) أحد أحدث تقنيات التحكم في العالم اليوم. أصبح نظام التحكم في الرافعة الشوكية الكهربائية المعتمد على حافلة CAN موضوعًا ساخنًا للبحث من قبل الشركات المصنعة للرافعات الشوكية الكبرى في العالم. تحقق وحدة التحكم في المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم الوظائف التالية من خلال التحكم الفعال في محرك القيادة: ① عملية توليد الطاقة: تستخدم لاستعادة الطاقة أثناء الكبح؛ ② التشغيل الكهربائي: قم بقيادة السيارة، ويمكن استخدامه أيضًا للمساعدة أثناء التسارع. جزء أجهزة محرك المحرك: تتكون وحدة التحكم في المحرك بشكل أساسي من شريحة مدمجة عالية الأداء من سلسلة Infineon XC2000 مع DSP متكامل ووحدة IGBT ووحدة دائرة محرك ووحدة دائرة كشف الإشارة. إنه يحقق التحكم في الحلقة المغلقة لمحرك القيادة من خلال الكشف عن تيار التغذية الراجعة، ويستخدم مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار لمراقبة النظام بأكمله لضمان موثوقية وسلامة المحرك. يوضح الشكل 2 الرسم التخطيطي للأجهزة الخاصة بوحدة التحكم في محرك القيادة.
تشمل وظائف الحماية الرئيسية لوحدة التحكم في محرك القيادة الحماية من خطأ درجة حرارة المحرك، وحماية خطأ درجة حرارة وحدة التحكم في المحرك، وحماية خطأ الجهد الزائد لحافلة DC، وحماية خطأ الجهد المنخفض لحافلة DC، وحماية خطأ الحمل الزائد للمحرك، وحماية خطأ السرعة الزائدة للمحرك، وحماية خطأ IPM لوحدة التحكم في المحرك، 12 حماية ضد خطأ مصدر الطاقة للتحكم، يمكن حماية خطأ الاتصالات وأمر التحكم في السيارة حماية خطأ غير طبيعي. المؤشرات الفنية والوظائف التي يمكن لوحدة التحكم في المحرك المتزامن المغناطيس الدائم تحقيقها هي كما يلي: (1) نطاق تقلب جهد الإدخال: UN±30%؛ (2) واجهة التحكم في الاتصالات: حافلتان CAN2.0B؛ (3) مقاومة العزل: كل طرف في الغلاف أكبر من 25 MΩ؛ (4) لديها وظيفة التشخيص الذاتي للخطأ: الجهد الزائد / الجهد المنخفض، الحمل الزائد، خرج الطاقة المحدود لوحدة التحكم في درجة الحرارة الزائدة، فشل الاتصال، إيقاف تشغيل درجة الحرارة القصوى، وما إلى ذلك؛ (5) منطقة عمل عالية الكفاءة: 75% من كفاءة منطقة العمل أكبر من 90%؛ (6) متوسط ​​الوقت بين حالات الفشل: > 3000 ساعة؛ (7) دقة التحكم في عزم الدوران أقل من أو تساوي 5%؛ (8) نسبة سرعة التحكم القصوى وسرعة نقطة الانعطاف أكبر من 3؛ (9) كثافة حجم الطاقة القصوى أكبر من أو تساوي 8 كيلو واط/لتر؛ (10) التوافق الكهرومغناطيسي يلبي متطلبات GB/T18655-2002 وGB/T17619-1998. يعد المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم ونظام التحكم الخاص به نوعًا من نظام قيادة السيارة بأداء شامل ممتاز. في مجال الرافعات الشوكية الكهربائية، تميل هذه الرافعات إلى استبدال أنظمة المحركات غير المتزامنة ومحرك التيار المستمر تدريجيًا.