场车电气系统

叉车等场（厂）内专用机动车辆类型复杂、品种多，电气系统及其控制主要与车辆的驱动方式有关。

对于内燃机驱动的车辆，电气系统主要由发动机的起动部分和信号照明部分组成，电气元件较少、构造相对简单。

而对于使用蓄电池---电动机驱动的车辆，其电气系
统是车辆的动力源和控制中心，涉及的电气元件多，构造复杂。

一、内燃叉车的电气控制系统
一般包括发电机、电压调节器、蓄电池、起动机及开关、仪表和照明装置等。

如图4.1为典型电气组成原理图。

图4.1 电气组成原理图
（一）发电机--通常使用jf系列发电机，为硅整流发电机，工作时发出三相交流电，通过六个硅二极管进行全被整流后输出直流
电压。

它必需与ft系列电压调节器配合使用。

（二）电压调节器--其作用是当发电机转速变化时，自动调节发电机输出电压在正常工作范围。

（三）蓄电池--与发电机并联工作。

（四）起动机--为带有齿轮啮合机的四极短时额定工作制串激直流电动机。

二、电动叉车的电气控制系统
电动车辆电气元件多而杂，但都按其作用组合成一定的功能模板，既便于生产、成组连接装配，又便于维护检修。

如图4.2为1t 电动叉车的电气系统模块功能接线图，分别由行走电动机、油泵电动机、控制箱、配电箱、电阻箱、限位开关、蓄电池组等组成。

图4.2 电气组成原理图
电气系统模块各部件功能：
行走和油泵电动机是整车的动力驱动件，消耗蓄电池的电能，使车辆运行并实现门架升降装卸作业。

控制箱是车辆工作的指挥中心。

配电箱对供电电压的监测，对电路的短路和过载进行保护、紧急断电，还可以对蓄电池组充电。

电阻箱和限位开关分别用于直流电动机的调速与运动机构行程的控制。

（一）直流电动机的换向控制
电动叉车采用的是直流串励电动机，其旋转方向的改变是通过改变电磁转矩的方向来实现的。

由电磁转矩公式T=KtФI中可以看出，改变电枢电流Ia或改变磁通Ф的方向，都可以改变电磁转矩的方向；而同时改变电枢电流和磁场方向，则不能改变电磁转矩的方向。

因此，串励电动机的反转通常是利用换向开关或换向接触器等电器将电枢或励磁绕组反接或换接来实现。

图4.3a所示为反接电枢法；图4.3b所示为反接励磁绕组法，图4.3c所示为换接励磁绕组法。

a）电枢反接 b）励磁绕组反接 c）励磁绕组换接
图4.3 串励直流电动机的换向（反转）控制
当正向接触器1kM触头闭合时，电流的方向如图4.3中实箭头所示，这时电动机正转；当反向接触器2kM触头闭合时，电流方向如图4.3中虚箭头所示。

在图4.3a中改变的是电枢的电流IA。

在图4.3b中改变的是励磁的电流IW，在图4.3c中换接的是两组绕向相反的励磁绕组w1和w2，由于图4.3c中的电动机需要两组绕向相反的磁场绕组，使电动机的结构复杂、体积增大，实用中常常采用
前两种方法。

（二）直流电动机的调速控制
下面以电气原理线路图来介绍驱动调速的控制原理。

1.电阻调速控制
电阻调速是传统的电控方式在国产电瓶车辆中曾经广泛使用。

图4.4为ZD11型1t电瓶叉车电气原理图，行走机构的起动和调速
采用电阻式。

主电路和控制电路都由蓄电池电源供电。

叉车的起动、停止、换向、调速是通过主令控制器、直流接触器、电阻等元件实现。

图4.4 ZD11型电瓶叉车电气原理图
（1）起动和调速回路
各种电瓶叉车的调速方案虽有不同，但基本原理是：改变电动机的激磁和端电压，激磁越强，电机转速越慢。

端电压愈高，电机转速越快。

在ZD11型电瓶叉车中，采用调电压与调激磁想结合的方案。

第一档和第二档用电阻来降压，第三档和第四档是用切换激磁
绕组的匝数来调速。

起动前，先将主电路中的闸刀开关熔断器F1闭合，操作电锁开关DS，使DS闭合。

此时电源指示灯h变亮。

然后轻踏速度控制踏板，踏板与万能转换开关相连。

第一档：当wk0和wk1触头闭合，接通行走电机接触器FC和ZC，使它的常开主触头闭合，常闭主触头断开，此时行走电动机1ZLD
在接入全部电阻R1的情况下起动，速度最慢，这时为第一档；
第二档：将速度踏板逐渐下踏，wk0、wk1和wk2触头闭合，调速接触器TC1吸引线圈通电，TC1的常开主触头闭合，将R1的第一
段切除。

使行走电机转速增高；
第三档：再踏下踏板，wk0、wk2、和wk3触头闭合，TC1和TC2接通器接通，这时R1全部电阻切除，转速进一步增高；
第四档：踏板继续下踏，wk0、wk2、wk3和wk4触头闭合时，TC1、TC2、TC3的吸引线圈都接通，这时将行走电动机串激绕组的一
部分1DL1切除，使磁场削弱，这时转速达到最高。

（2）零位保护
为了保证叉车平稳起动，规定必须从一档开始，其余各档均不能直接起动，这样起动电流不致过大。

所以，叉车电气中设有零位
保护。

在一档位置，万能转换开关WK0和WK1触头闭合，接触器ZC和FC接通，这时WK1触头上的辅助常开触头闭合。

保证在WK1和触头断开时，接触器ZC和FC的吸引线圈不会断电。

在其它档位WK1触头都断开，所以踏到其它档位均不能起动。

只有在ZC和FC接通
的情况下，才可以换档。

（3）油泵电动机的控制回路
油泵电动机2ZLD的激磁绕组2ZLD和电枢绕组接触器BC的主触头，组成了油泵电动机的主回路。

操纵分配阀杆，使与阀杆联动的微动开动BK1（起升）BK2（倾斜）闭合。

从而使接触器BC的吸引线圈通电，常开触头闭合，油泵电动机起动。

（4）保护装置
在电气系统中，熔断器F1、F2、F3分别保护主电路、控制电路和音响照明电路。

F1为闸刀开关熔断器，它的容量为30伏，200安，也是主电路的总开关，当叉车发生故障时，可拉开闸刀，切断电源，以免发生事故。

2.可控硅调速控制
（1）可控硅调速的基本原理
可控硅调速也是利用改变电动机端电压的原理。

但它不是采用电阻降压，而是借可控硅管作为直流脉冲开关来控制电机的端电压，
以达到调速的目的。

图4.5是调速的工作原理图。

要使行走电机XLD转动，除RD开关接通外，还必合上开关“K”,称为特殊开关，在起动和调速时它时断时通。

即每隔T时间接通一次，持续时间为τ,然后断开。

到第二次又通，然后又断。

每一个“通”和“断”为一次工作循环。

4.5 可控硅工作原理图图4.6 电压脉冲分析图
如果用图4.6表示，则可看出T代表每次循环时间--工作周期，改变工作周期T的时间，即可改变电动机端电压的平均值，从而
达到调速的目的。

电压平均值可用公式表示：
U平均=（τ/T）U
接通持续时间τ和工作周期T之比值为导通比（或叫导通率）。

导通比大，电机平均端电压就高，转速就快；反之，电机平均电
压低，转速慢。

据上述原理，可控硅调速有两种方法：
固定τ，改变T称为“定频调宽”；
固定T，改变τ称为“定宽调频”。

利用时通时断地把电源电压加到电动机上，以达到降压调速目的，称为脉冲调速。

一般说来，时通时断的通断时间非常短，如从接通到断开时间为2400微秒，这样短的时间，并没有火花，则必须采用可控硅元件
来完成特殊开关“k”的作用。

所以又称为可控硅调速。

采用可控硅调速的优点如下：
①比电阻调速的能量损耗小，这对电瓶叉车意义更大。

一般可控硅调速比电阻式节约电能20%～30%；
②调速平滑，运行平稳。

③维修工作量小。

（2）可控硅调速的电气原理线路图
图4.7为30伏可控硅电瓶叉车脉冲调速线路图。

采用定频调宽的方式，基本上由主回路、控制回路、保护回路等三部分组成。

图4.7 1t电瓶叉车可控硅控制原理
1）主回路的工作原理图
图4.8为主回路的工作原理图。

它由可控硅管、电容、电感和二极管等元件组成。

首先给换流可控硅管SCR2触发脉冲，主回路接通，电机M1开始运转。

电机反电动势经续流二极管D20续流，这就完成了一个工
作周期。

图4.8 主回路工作原理
2）控制回路的工作原理
可控硅由不通到导通的转化除必须加上正向电压之外，还必须在控制极至阴极之间加上合适的触发脉冲，控制回路的作用就是用
来产生触发脉冲。

参见图4.8。

用两个由单结晶体管分别作为主副脉冲源头，通过脉冲放大和脉冲延时脉冲输出，分别按时供给主付硅脉冲。

调节主令器上的电阻，即可得到给定的延时，达到不同的控制速度。

3）保护回路
在无级调速过程中，如发生可控硅SCR1失控，即常通不能关断，则应采取措施，立即制止。

为保叉车安全作业，在线路中加了两套失控保护装置。

分别控制保护可控硅SCR4，SCR4又控制中间继电器ZJJ的线圈的通断电，从而控制常闭触点ZJJ。

如一旦失控，即
可切断主电路。

第一套失控保护原理为：在正常工作时，由于SCR4、SCR2的触头脉冲是同时供给的，则SCR2和SCR4同时导通。

第二套失控保护原理为：由单结晶体管DJG1组成的弛张振荡器作为保护脉冲源。

4）叉车操作过程
主要操作行走电机（1M）和油泵电机（2M）
a.行走电机的操作
①合上电热塞Rk，打开电源锁DSK，30伏电压通过稳压电源，有20伏左右电压加在触发回路上，主脉冲源动作，向SCR2和SCR4
提供脉冲。

②扳动倒顺开关ZH手柄，微动开关ZHK接通。

③继续踏下踏板，2ZK常开触点闭合，常闭触点断开，BG7的射极接通电源，副脉冲源的最长的延时向SCR1和SCR3供应脉冲，使
SCR1和SCR3导通，则主回路接通，行走电机开始运转。

④再踏下踏板，进入调速区，这时干簧管开关8JK→1JK相继闭合，向SCR1 和向SCR3分别发出延时脉冲，使SCR1 和SCR3导通，
控制SCR1的导通时间，可以得到不同速度。

⑤松开踏板，微动开关和干簧管开关的动作与上述过程相反。

b.油泵电机操作
与一般电阻式相同，但装有续流二极管，则关断电机时，反电动势由续流二极管续流，触点上火花大为减少。

3.脉冲调速控制器
典型产品是美国通用电器公司（GE）生产的EV系列。

八十年代广泛应用。

我国八十年代末引进、技术消化并国产化。

该系统的关键部件是脉冲发生器和电脑自诊断检测器，能实现实时检测，使电瓶车无极变速和精确行驶性能大为提高，成为电瓶
车控制系统的主流产品。

现在普遍采用集成化的脉冲调速装置，如EV100、MOSFET，可靠性高，维修时可整片更换，但价格较高。

4.常用调速控制器
（1）DKM-3型调速控制器
（2）QBZ3-7型调速控制器
QBZ3-7型调速控制器是DKM-3型调速控制器的改进型。

（3） EV100型调速控制器
美国通用电气公司（GE）的EV100型电动车辆调速控制器是专门为直流电动机驱动的电动车辆所设计的。

北京叉车厂、合肥叉车
厂等生产的1.5t电动叉车上，采用了该调速控制器。

DKM-3型调速控制器总体电路由走行电路、油泵电动机电路和照明信号电路组成，如下图
EV100型调速控制器控制的电动车辆电路，如下图
（4）萨牌H系列调速控制器
①萨牌H系列调速控制特点
意大利萨牌（ZAPI）电气公司为电动车辆控制所设计的H系列调速控制器，是集MOSFET场效应晶体管、场效应管控制电路及其保
护器于一体的，对直流电动机进行调压一变流控制的装置。

②萨牌H1型调速控制器的结构布置
H1型调速控制器由驱动控制电路、提升电动机控制电路和辅助电器电路等组成。

③萨牌H2B调速控制器的电路
H2B型调速控制器控制的电动叉车电路，应用于中等吨位电动叉车。

5.接触器
（1）接触器的构造与原理
接触器作为电控基本元件，其作用是利用电磁吸合力使电路断开或闭合。

其类型分交流和直流两种。

电瓶车辆广泛使用直流接触
器。

图1.14为直流电磁接触器的构造。

吸引线圈通电时，铁芯产生磁场力将衔铁和固定在它上面的动触头吸引，与静触头接触，这样
就将控制有关电路闭合。

反之，电路切断。

图1.14为直流电磁接触器的构造。

1.立柱；
2.吸引线圈；
3.静触头；
4.灭弧线圈；
5.钢芯；
6.夹板；
7.石棉罩；
8.动触头；9.弹簧；10.夹头；11.衔铁；12.弹簧；13、14.正常打开的辅助触头
图4.14 直流电磁接触器构造
1.静触头；
2.动触头；
3.无弧线圈；
4.接线端子；
5.接线端子；
6.静触头；
7.弹簧；
8.拉杆；
9.动触头；10.接线端子
图4.15 双断点桥式触头结构示意图
一般单触电的触头都是手指形成点摆动吸合式，除此以外还有双触点桥式平移式，如图4.15。

目前电瓶车辆使用的直流电磁接触器典型产品有MZJ和HZJ两个系列。

分别有单绕组和双绕组结构类型，一般长时工作的接触大多采用双绕组。

双绕组接触器具有体积小，重量轻，绕组消耗功率小等特点。

见图4.16a）为HZJ-400A结构图，图4.6b）为电路原理
图。

图4.16
（2）主要技术参数
接触器的性能除其结构固有的可靠性外，还要严格控制装配中要求保证的主要技术参数。

1）动作电压能在各种困难条件下，可靠工作所需要的电压值（包含吸合电压和释放电压）。

2）触头间隙隔断触头间电弧所需要的间隙。

3）超行程又称备用行程。

4）触头初压力触头弹簧预压获得的压力。

5）触头终压力工作时，加在动静触头上的压力。

（3）触头闭断过程的物理现象
1）火花放电
是触头间隙因电场作用（两端电压足够高，流过触头的电流足够小）产生的一连串不稳定的重复击穿现象。

2）液体桥
是在触头间隙形成的液体金属（被熔化的触头金属）的桥接现象
3）电弧放电
是稳定的气体放电过程，在这一过程中伴随着强烈的发光和发热。

（三）交流电动机驱动系统控制
1.基本原理
电动机借电的动力模块是把直流变为交流的逆变模块，由直流的正负二极变为三相交流的U、V、W三相。

电控部分则由直流斩波
调速改为交流变频调速。

2.交流驱动系统控制的特点
（1）采取交流牵引、液压泵电动机。

（2）交流驱动系统调速范围宽，能实现低速恒转矩、高速恒功率运转，很好地满足了电动车辆实际行驶所需的转速特性。

（3）采用非接触性再生制动，比传统的制动系统大大简化。

3.CAN总线简介
CAN-BUS（Controller Area Network-BUS）控制器局域网络总线技术，是一种实时数据总线技术，适用于车辆。

CAN是多主协议，全部电气部件及显示仪表和中心计算机都挂在CAN总线上。

CAN总线以报文为单位进行信息交换，报文中含有标示符（ID），它既描述了数据的含义又表明了报文的优先权。

CAN总线上的各个协点都可主动发送数据。

CAN控制器采用ID进行仲裁。

ID控制节点对总线的访问，发送具有最高优先权报文的节点获得总线的使用权，其他节点自动停止发送。

三、混合动力车电动机的控制系统
概述
在混合动力车上对电动机控制系统的终极目的是：保证车辆的安全、节能、环保以及舒适和通信等方面，对混合动力车的动力系统、车身、底盘和车载电子、电气设备进行全方位的自动控制。

因此对混合动力车智能化控制与一般智能汽车控制系统结构基本相同。

但是，混合动力车的特点，就在于动力系统与内燃车动力系统有本质的区别。

在混合动力车上是采用电源—电源转换器—驱动电动机的动力系统，是属于电力驱动技术范畴。

因此，对混合动力车驱动电动机的控制和智能控制技术是混合动力车的关键技术。

传统的线性控制，如PID等电动汽车的电动机控制模式，已不能满足高性能电动机驱动的苛刻要求。

近几年，许多先进的控制策略，包括自适应控制（自调节控制STC和模型参考自适应控制MRAC）、变结构控制（VSC）、模糊逻
辑（FUZZY）和神经网络（Neural Networks）等适用于电动机驱动。

各种大功率电子器件，如MOSFET、IGBT、COMFET、MCT和STT等的使用，还有微处理器DSP等硬件的应用，为电动车的电动机控
制方法和智能控制提供重要保证。

（一）混合动力车电动机的控制系统
动力电池组、电流转换器（逆变器）发动机-发电机组和驱动电动机以及一些电气线路共同组成了混合动力车动力系统和驱动力控制系统，因此混合动力车的关键是对动力电池组、发动机-发电机组、驱动电动机进行控制或智能控制。

（二）混合动力车电动机的控制系统组成
1.信号输入部分
2.信号处理和输出部分
3.执行元件部分
4.信息反馈部分
（三）变频器
1.功能
在混合动力车上，采用动力电池组的直流电作为电源，和采用三相交流电动机作为驱动电动机时，三相交流电动机不能直接使用直流电源，另外三相交流电动机具有非线性输出特性，需要应用变频器中的功率半导体变换器件，来实现直流电源与三相交流电动机之间电流的传输和变换，将直流电变换为频率和幅值可调且电压可调的交流电来驱动三相交流电动机。

2.基本结构模型
图2.27 交-直-交逆变器系统基本功率电路图2.28 交-交变频器系统基本功率电路图 2.28 交-交变频器系统基本功率电路
（3）种类
1）按主要功率电路分：电压型变频器。

电流型变频器。

2）按开关方式分：PAM脉冲振幅调制。

PWM脉冲宽度调制。

高载频PWM高载频脉冲宽度调制。

3）按工作原理分：幅/频比（v/f）变频器。

转差率控制变频器。

矢量控制变频器。

4）按用途分：通用变频器。

高频变频器。

高性能专用变频器。