Aplicación del sistema de motor síncrono de imanes permanentes en carretillas elevadoras eléctricas.

En los últimos años, gracias a que la gente comprende profundamente los daños de la contaminación ambiental, la protección del medio ambiente se ha convertido en el centro de preocupación común en el mundo. Por lo tanto, se han desarrollado rápidamente varios vehículos de batería, como los montacargas eléctricos , que utilizan baterías como fuente de energía. Los montacargas eléctricos tienen las ventajas de una alta eficiencia de conversión de energía, bajo nivel de ruido, sin emisiones de escape y un control conveniente. Han sido ampliamente utilizados en talleres, almacenes, sistemas de almacenamiento automático, grandes supermercados y otros lugares con altas condiciones ambientales. En la actualidad, la proporción de carretillas elevadoras eléctricas en países desarrollados como Europa y Estados Unidos ha alcanzado el 60% del total de carretillas elevadoras, mientras que la proporción de carretillas elevadoras eléctricas nacionales es sólo de alrededor del 20%.

Las carretillas elevadoras eléctricas ahora han superado la limitación de que solo pueden usarse para operaciones de pequeño tonelaje y gradualmente han pasado del interior al exterior, y la demanda del mercado ha aumentado año tras año.

1. Motor de accionamiento de montacargas eléctrico
El desarrollo de las carretillas elevadoras eléctricas ha impulsado la innovación continua de su motor de accionamiento y su sistema de control. Existen muchos tipos de motores y sus sistemas de control. Los montacargas eléctricos domésticos utilizan principalmente motores de CC, incluidos motores de CC con excitación en serie, motores de CC con excitación en paralelo y motores de CC con excitación compuesta. Aunque los motores de CC tienen muchas características, como buen rendimiento de regulación de velocidad, amplio rango de regulación de velocidad, gran par de arranque y fácil control, los motores de CC contienen escobillas de contacto, lo que hace que las fallas de conmutación y otras fallas mecánicas ocurran fácilmente durante el funcionamiento, con alto nivel de ruido. , baja vida útil y mantenimiento frecuente. Por lo tanto, la aplicación de motores asíncronos ha ido aumentando en los últimos años, y también se utilizan motores síncronos de imanes permanentes y motores de reluctancia conmutada. Según las características de varios motores, los motores asíncronos tienen una alta confiabilidad y los motores síncronos de imanes permanentes tienen un rendimiento integral excelente, pero tanto los motores asíncronos como los sistemas de control de motores síncronos de imanes permanentes enfrentan el problema de los altos costos del controlador.
El rendimiento integral de los motores síncronos de imanes permanentes supera el de otros tipos de motores y es un motor de accionamiento para montacargas eléctrico ideal. Con el desarrollo de la tecnología informática, la tecnología de sensores y la tecnología de la electrónica de potencia, los sistemas de motores síncronos de imanes permanentes tendrán aplicaciones más amplias en el campo de los vehículos eléctricos. En vista del análisis anterior, este artículo presenta un sistema de accionamiento de motor síncrono de imán permanente para montacargas eléctricos y compara su rendimiento con motores de CC del mismo nivel de potencia.

2. Motor síncrono de imán permanente
El principio de funcionamiento del motor síncrono de imán permanente es el mismo que el del motor síncrono de excitación eléctrica, pero reemplaza el devanado de excitación con un imán permanente, lo que simplifica la estructura del motor, reduce el costo de procesamiento y elimina el conmutador y las escobillas que son propensos. a problemas, mejorando la confiabilidad del motor; y como no hay pérdida de excitación, se mejoran la eficiencia y la densidad de potencia del motor. La Figura 1 muestra un diagrama del circuito magnético del rotor de un motor síncrono de imanes permanentes para montacargas eléctricos. El motor adopta una estructura de circuito magnético de rotor incorporado de acero magnético.
Las ventajas del rotor magnético incorporado de acero son un pequeño coeficiente de fuga y un buen rendimiento dinámico, lo que es especialmente adecuado para motores síncronos de imanes permanentes para montacargas eléctricos con requisitos de rendimiento dinámico relativamente altos. El par de resistencia magnética generado por la asimetría de su circuito magnético también ayuda a mejorar la capacidad de sobrecarga y la densidad de potencia del motor, y es fácil aumentar la velocidad mediante un "campo magnético débil". El motor tiene las características de baja velocidad y alto par para asegurar el par de arranque requerido para el vehículo a baja temperatura; tiene un amplio rango de velocidades de operación para satisfacer las necesidades de generación de energía y asistencia eléctrica del vehículo; y tiene una alta eficiencia de trabajo. La Tabla 2 enumera la comparación de rendimiento de un motor síncrono de imán permanente de 6,5 kW y un motor de CC de uso común.

3. Sistema de control del motor de accionamiento síncrono de imán permanente
El sistema de controlador de motor síncrono de imán permanente adopta control de par directo, control de vector espacial y control de vector sin sensores de velocidad y otros métodos de control. Tiene alta eficiencia, alto rendimiento y alta confiabilidad, y tiene la función de devolver la energía de frenado del montacargas eléctrico al paquete de baterías de energía. El sistema de control dispone de un módulo de comunicación CAN con otros sistemas del vehículo. Equipar el sistema de control de los vehículos eléctricos con una red de área de controlador (CAN) es una de las últimas tecnologías de control del mundo actual. El sistema de control de carretillas elevadoras eléctricas basado en el bus CAN se ha convertido en un tema candente de investigación por parte de los principales fabricantes de carretillas elevadoras del mundo. El controlador de motor síncrono de imán permanente realiza las siguientes funciones mediante el control efectivo del motor de accionamiento: ① Operación de generación de energía: se utiliza para la recuperación de energía durante el frenado; ② Funcionamiento eléctrico: conduce el vehículo y también se puede utilizar para ayudar durante la aceleración. Parte del hardware del accionamiento del motor: el controlador del motor se compone principalmente de un chip integrado de alto rendimiento de la serie Infineon XC2000 con DSP integrado, un módulo IGBT, un módulo de circuito de accionamiento y un módulo de circuito de detección de señal. Realiza un control de circuito cerrado del motor de accionamiento detectando la corriente de retroalimentación y utiliza una variedad de sensores para monitorear todo el sistema para garantizar la confiabilidad y seguridad del motor. La Figura 2 muestra el diagrama esquemático de hardware del controlador del motor de accionamiento.
Las principales funciones de protección del controlador del motor de accionamiento incluyen protección contra fallas de temperatura del motor, protección contra fallas de temperatura del controlador del motor, protección contra fallas de sobretensión del bus de CC, protección contra fallas de subtensión del bus de CC, protección contra fallas de sobrecarga del motor, protección contra fallas de sobrevelocidad del motor, protección contra fallas IPM del controlador del motor, 12 Protección contra fallas de la fuente de alimentación de control V, protección contra fallas de comunicación CAN y protección contra fallas anormales del comando de control del vehículo. Los indicadores técnicos y funciones que puede lograr el controlador de motor síncrono de imán permanente son los siguientes: (1) Rango de fluctuación de voltaje de entrada: UN±30%; (2) Interfaz de control de comunicación: dos autobuses CAN2.0B; (3) Resistencia de aislamiento: cada terminal de la carcasa es superior a 25 MΩ; (4) Tiene función de autodiagnóstico de fallas: sobretensión/subtensión, sobrecarga, salida de potencia limitada por sobretemperatura del controlador, falla de comunicación, apagado por temperatura extrema, etc.; (5) Área de trabajo de alta eficiencia: el 75% de la eficiencia del área de trabajo es superior al 90%; (6) Tiempo medio entre fallos: >3.000 h; (7) La precisión del control de par es menor o igual al 5%; (8) La relación entre la velocidad máxima de control y la velocidad del punto de inflexión es superior a 3; (9) La densidad volumétrica de potencia máxima es mayor o igual a 8 kW/L; (10) La compatibilidad electromagnética cumple con los requisitos de GB/T18655-2002 y GB/T17619-1998. El motor síncrono de imán permanente y su sistema de control son un tipo de sistema de propulsión de vehículos con excelente rendimiento integral. En el campo de las carretillas elevadoras eléctricas, tienden a sustituir paulatinamente los sistemas de motores CC y motores asíncronos.