单相串励电机和三相交流异步电机在高空作业平台中的应用

单相串励电机和三相交流异步电机在高空作业平台中的应用

高空作业平台中常见的电机大多是单相串励电机和三相交流异步电机，在上一篇公众号文章中有提及电机在高空作业平台中的应用，电动化逐渐成为业界常态，各大厂家也都在这一块上蓄势发力。高空作业平台和电一直是脱离不了干系的，即使在发动机动力的柴油越野、柴油臂架车也无法完全抛开电或电机。最为常见最为普通的液驱剪叉车，虽然名为液驱剪叉，但实际动力来源还是电机，这类高空车上应用的电机一般是单相串励电机，电驱类的剪叉车上也有使用直流电机，但相对于需要效率或性能的电驱车往往使用三相交流异步电机，也就是这两类电机在高空作业平台上的应用比较广泛，我们沿着这个思路来聊一下关于直流串励电机和三相交流异步电机在高空作业平台上的应用。

01 单相串励电机的特点和应用

在液驱剪叉上应用的电机是直流的，为什么这里将串励电机称为单相串励电机，单相串励电机是交直流两用的电机，在使用直流电时可以称为直流串励电机，在使用单相交流电时可称为单相交流串励电机，因此它又俗称串励电机或通用电机（Universal Motor），是交直流两用的的电动机，串励电机在结构上是因电枢绕组和励磁绕组串联而得名。

串励电机在日常生活中的应用是非常广泛的，像我们常见的电动工具一般都是串励电机驱动的，串励电机具有转速高、体积小、启动转矩大、转速可调等特点。在高空作业平台上用于载重举升时可以提供较大的动力，如12米或10平台高度的车，一般额定载重为350KG，在满载举升时需要较大的动力提供，峰值电流可接近或超过300A，这时就靠着这个串励电机为举升提供足够的能量。在工作时靠着电刷和换向器使其向着一个方向运转，串励电机的转动方向始终朝着一个方向运转，这使得它在换向方面操控上不方便。

高空作业平台上使用的串励电机通常配合使用的马达驱动器是电压调节的，通过ECU输出0~5V的模拟量信号给马达控制器，马达驱动器再将控制信号给到电机，实现电机的调速。我们常见的马达驱动器，比较知名的柯蒂斯1204M-4201用在液驱剪叉上是比较多的，这款类似的驱动器，国内较多的驱动器厂家也早已成熟应用，在成本和性能或性价比方面国产的驱动器更加有优势，驱动器和电机的接线和应用非常方便，这类驱动器有带有微控制器的，也有纯硬件的，纯硬件的驱动器内部参数不可调或优化不方便，带有微控制器的驱动器可以通过编程器或上位机进行参数调节或修改，优化驱动器的动力曲线，使电机的动作曲线更平顺、性能更佳。当钥匙使能信号和模拟量调速信号给到驱动器时，驱动器开始输出控制电机转动，电机与驱动器的接线方式如下：

 

图1 1204M接线示意图

02 三相交流异步电机的特点和应用

在电驱车上交流电机的应用很常见，尤其近两年开始电驱车在市场上逐渐多了起来，像鼎力、临工等主机厂商都推出了主打的交流剪叉，去年展会上临工就推出了14米的交流剪叉，今年在鼎力官方宣传上也推出了全系列高度的交流剪叉。可见交流剪叉的落地应用是越来越扎实了。电驱越野剪叉上交流电机更是成为整车动力的首选。上篇文章电机在高空作业平台中的应用我们介绍过交流电机的工作原理，三相交流异步电机基于定子旋转磁场和转子电流的相互作用产生的力，使电机转动起来。

三相交流异步电动机也是应用广泛的一种电机，三相交流异步电机具有结构简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强等特点，被广泛使用。机械特性是三相交流异步电机的主要特性，它是指转速和电磁转矩之间的关系，在刚开始启动时，启动转矩大于反抗力矩就可以让电机转动起来，随着转速的上升，启动加速中的BC段，电磁转矩会一直增大，BC段会很快随着速度加快而越过，之后就是AB段，这段会随着转速上升电磁转矩下降，当转速达到某一值时，电磁转矩与反抗转矩的力相等，这时转速也不再上升，这时就处于一个稳定状态。所以交流异步电机的机械特性有两个区域，一个是加速过程的BC不稳定区，另一个是AB段稳定区。电机一般都工作在稳定区。

 

图2 交流异步电机机械特性曲线

高空作业平台上应用交流电机驱动，但是整机的电源都是直流电，电机是如何驱动的呢？这里又要回到我们所说马达驱动器上来了，我们熟知业内在高空作业平台上的电机驱动器也就那么几家，国产厂商也是在大力推广，或者说高空作业平台的国产化也逐渐成为趋势，交流电驱在实际的应用中效果也是不错的，动力或效率都有明显的优势。我们当前应用广泛的驱动器如ZAPI的COMBIACX/ACEX这种类型的驱动器，我们看一下它的性能参数（参考来源于ZAPI数据手册，详细手册可在海锋博客下载），工作电压24V，三相交流工作状态，持续工作最大输出70A，工作2S最大瞬间输出可达165A。控制方式上一般有模拟信号调速控制和CAN总线控制方式，在传统的小电驱上使用的较多的还是模拟信号调速的方式，在新型的电驱车上逐渐推广使用CAN总线控制，CAN总线控制接线简单，控制方式灵活，调节方便，这也是今后剪叉车整车CAN总线应用的趋势。下图是接线参考图

 

图3 交流异步电机电驱接线参考图

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