电动叉车不同电机系统作业能效特性分析.pdf

2023年第6 期特种设备安全技术:57电动叉车不同电机系统作业能效特性分析孟滨摘要国家在“十四五”规划下大力推动节能减排，建立绿色低碳循环发展经济体系。物流行业中，又车作为非道路车辆的重要组成部分，其能效的改善也是行业内为“十四五”节能减排目标而努力探究的方向。因此，提高叉车的能量转换效率的研究具有重要的意义。电动叉车用电机常见有异步电机和永磁同步电机，两种电机在转速范围、峰值效率、可靠性、控制操作性能、结构坚固性、制造成本方面大不相同。为深入地研究电动叉车实际作业过程中的能耗特性，本文基于ISO23308工业车辆的能效一实验方法第1部分总则中的测试循环，应用FLUKEF345电力质量钳表、远程监控管理系统等电压电流采集记录设备，对交流异步系统和永磁同步系统在实际作业工况下的能耗特性进行对比研究。关键词节能减排又车能量转换效率测试对比进1.2基于ISO23308循环的能耗测试工况建立0引 言ISO23308能耗测试循环是国际标准化组织根据叉随着永磁同步电机在电动汽车行业的成熟应用，给车实际作业工况编制的用于测量叉车能耗的循环。我国叉车带来了新的研究方向，相较于目前电动叉车主要采发布的JB/T3300平衡重式叉车整机试验方法中能用的交流异步电机，永磁同步电机的外特性效率曲线在量消耗试验部分也与ISO23308循环一致，表明该循环轻载下具有较高的效率值，这是永磁同步电机与异步电可代表叉车的实际作业工况。ISO23308循环运行路径机相比在节能方面的最大优势。为了满足车辆的可靠性，见图2，其中D、B两点相距30 m，在D、B两点进行制造商一般在设计选型时都会在极端工况下确定电机功货物的起升和下降，起升高度为从运输高度30 0 mm处率且会留出一定余量，而在车辆实际使用中，90%以上起升2 m，w 为3m（由选取的试验对象决定，本文选取用户在7 0%左右的额定功率下使用，因此，电机通常的试验对象的额定起重量小于5t）。1,2工作在轻负载区。对于感应电机来说，轻载下效率很低，而永磁同步电机在轻载下仍然可以保持高效率。1试验1.1试验测量仪器电力质量钳表F345是由FLUKE制造的用于测量电流和电压以及评估电力质量，其电流、电压、千瓦时的采集准确度为3%，采样时间为1s。该设备在国外能耗检测领域有广泛应用。分析研究用的远程监控管理系统是国内知名叉车制造企业设计开发的，系统基于叉车锂电池内的电压和电流传感器，数据采集单元从锂电池中采集的CAN通讯数据，通过4G模块将传输到云服务器并进行云计算，其电流、电压、千瓦时的采集准确度为1%，采样时间为1s。为了减少设备带来的误差，本文采用以锂电池为叉车动力源，采用精度较高的远程监控管理系统，将采集单元安装在试验叉车上并与其CAN总线连接，利用锂电池内的电压和电流传感器实时采集并传输到远程监控中心。图1为测试设备连接示意图。云服务器图1测试设备连接示意图收稿日期：2 0 2 3-0 5-0 912图2 IS023308循环运行路径根据图2 所示的循环运行路径，选定一款配备相关试验设备的叉车，由专业试验人员在专业试验场内进行实车测试，满足1h内6 0 次循环的试验要求，得出实际能耗试验工况，见图3（以1个循环为例）。根据实际作业情况，将叉车分为前进、后退、起升和下降4种作业工况。起开后退2m图3测试工况1.3试验对象数超采集单光本文采用的试验对象为以锂离子电池为动力源的某基主控电脑本型电动平衡重式叉车，试验叉车的主要技术参数见表1。表1试验叉车主要技术参数永磁同步系统整车额定门架质量起重量类型驱动电机油泵电机驱动电机油泵电机功率功率功率功率4100kg3000kg2W3m8kW前进起升后退16kW交流异步系统8kW16kW58特种设备安全技术2023年第6 期1.4试验方案本文采用基于同一台车，将永磁同步系统和交流异步系统的电控和电机分别安装在试验车上，对比试验方案见表2。表2 又对比试验方案序试验项目测试条件试验载荷试验号坡度1能耗试验2续航试验组完整电池2100kg03行驶试验1h,90次循环2100 kg4升降试验1h,120次循环2100kg0ISO23308,不做行驶1.5试验前准备（1）完成试验测量仪器在试验对象上的安装调试；（2）将电池充满电至额定容量；（3）速度调整至满足循环数要求；（4）热车10 分钟（除热身外，测试从第一个循环开始）。2试验结果与分析2.2试验分析（1）根据表1可得出，在相同做功条件下，永磁同步系统的单位小时能耗比交流异步系统低，能效要高。6.43-5.7181=100%=11.20%试验方法6.43（2）根据表2 可得出，在相同供能能量下，永磁1h2100 kg00ISO23308，不做升降IS023308IS023308同步系统的单位小时做功比交流异步系统多，能效要高。165-14682=100%=13.10%146（3）根据表3和表4可得出，行驶和升降分开试验下，两者的能耗值之和与表1试验数据相接近。(3.38+3.02)-(3.02+2.72)83=(3.38+3.02)（4）两种系统通过测功机单独进行试验得出输入输出特性Map图（见图4、图5）。电机效事：P100%=10.31%2.1试验数据(1)试验项目 1一表3能耗试验数据ISO23308循环能耗试验数据叉车电池序试验试验信息系统号载荷时间永磁12100kg1h60次5.63kWh80V5.71同步22100 kg1h60次5.86kWh220AhkWh系统32100kg1h60次5.71 kWh交流12100kg1h60次6.43 kWh80V异步220Ah系统32100kg1h60次6.37 kWh（2）试验项目2-续航试验，数据见表4。表4续航试验数据ISO23308循环续航试验数据叉车电池序试验系统信息号载荷永磁12100kg15.75kWh157min162次80V同步22100kg15.55kWh158min171次165次系统220Ah32100kg15.15kWh164 min165次交流12100kg15.73 kWh141 min146次80V异步22100kg15.46kWh143min148次146次系统220Ah32100kg15.62kWh139 min142次(3）试验项目3-行驶试验，数据见表5。表5行驶试验数据ISO23308循环叉车系统电池信息序试验试验循环数能耗值号载荷时间永磁同步系统80V220Ah12100 kg58min60次3.02kWh交流异步系统80V220Ah12100 kg(4)试验项目 4-升降试验，数据见表6。表6升降试验数据ISO23308循环叉车系统电池信息序试验试验号载荷时间循环数能耗值永磁同步系统80V220Ah12100 kg交流异步系统80V220Ah12100 kg16能耗试验，数据见表3。能耗值循环数（中间值）6.432100kg21h60次6.50 kWhkWh续航循环数耗电量时间（中间值）行驶试验数据1h60次3.38kWh升降试验数据1h120次2.72kWh1h120次3.02kWh800180024003200Speed(pm)图4永磁同步系统-输入输出特性图MoSpeed(opm)图5交流异步系统输入输出特性图从两图中可看出，在各工况下，永磁同步系统相较于交流异步系统，高效区面积大，调速范围大，功率密度更高，系统效率更高。3结论（1）根据2.2 的试验分析可推出，在90%以上用户在7 0%左右的额定功率下使用时，永磁同步系统比交流异步系统的能效高出至少10%。（2）通过测功机进行单一系统的对比，在各工况下，永磁同步系统的效率比交流异步系统的高。（3）在相同能量下，永磁同步系统的做功更多；在相同做功下，永磁同步系统的能耗更优。对于社会效益上，永磁同步系统至少是替代交流异步系统的优选方案之一。1国际标准化组织IS023308工业车辆的能效一实验方法第1部分总则：2JB/T3300平衡重式叉车整机试验方法.作者孟滨湖北特种设备检验检测研究院襄阳分院湖北襄阳邮编44100040004000参考文献1003002000400Spd(om)Spend.(mm)