赵 亮，赵 腾

机械科学研究院工程机械军用改装车试验场，北京 102100

0 引言

尽管交流异步电机驱动电路复杂，但其具有的结构简单、运行可靠等优点，使其成为工业车辆发展应用较广泛的一种选择。然而交流异步电机的许用电流通常会达到额定电流的5～10 倍（通常认为3～7 倍），这会导致电机的相关设备和机械传动装置受到一定损害，降压许用就是为防止直接许用的一种设计方式，本文基于工业车辆交流异步电机的额定与许用电流间关系，分析了工业车辆的许用电流与保护技术，这一研究对于电机的进一步发展应用有一定的意义。

1 工业车辆电流分析

下面以工业车辆应用最广的叉车、观光车作为研究进行全面的分析阐述。

1.1 工业车辆基础知识研究对比

通过与电机厂家的了解,说明书的分析,还有叉车厂家的现场试验。了解电机（主要为安徽皖南新维电机有限公司、辽源汇丰电机有限公司、四川东风、SUPEREC）的主要技术参数为下表1～表3 所示。基于表中参数，在实际评估时由于对叉车专业知识及技术不了解，常常对电机质量无法作出合理的判断。通常电机优越的高质量的叉车其优越的性能往往体现在高效率、低成本、高可靠性、人机工效设计好以及服务便利等诸多方面。

表1 电机参数

表2 5.5kW 交流电机性能参数表

表3 6.3kW 交流电机性能参数表

从上表可以看出感应电机的固有频率是由满磁通最大扭矩区与弱磁通区分界点处的旋转磁场频率所决定的，当感应电机的频率大于其固有频率时，它就开始工作。不过工作过程中要求它的电压需在额定范围内，不可以超载。同时逐渐降低频率要记录该频率下电机的电流直到其电流达到最大。收集频率和电流的数据信息，将它们信息汇合然后做出一条平滑的曲线，通过这条曲线可以看出一拐点，它所对应的频率即为感应电机的固有频率，它也是磁通饱和区和弱磁通区的分界点。为了保障电机的电压为额定电压要进行相关参数的设定，并要求设置使速度控制回路闭合。

2.2 电动叉车的驱动技术

当前的电动车应用的主要有直流与交流驱动计算。直流驱动技术尽管具有经济、方便的特点，但其表现出的维修、性能方面的缺陷不断被放大。交流驱动就是在这一背景下开发应用的，随着上世纪末的交流动力技术在电动叉车中的推广，使得电动叉车性能明显提高。同时伴随着电子元件的价格大幅度下降，那么该控制器的硬件某些部件的成本也会相对降低，成本将带了对交流驱动系统的大范围地推出市场提供了条件。

2.3 交流电机驱动的优势

研究表明，电动叉车交流驱动系统具有以下优势：交流电机与直流电机相比无最大电流限制，使得其能有更大制动扭力、更快速度等；交流驱动系统将蓄电池的直流电转化为三相交变电。能获得更高频率调节范围；在相同的蓄电池容量这一前提下，应交流系统与直流电机相比使用时间延长了，进而有效生产效率；交流驱动所采用的是速度扭矩控制，采用加速踏板释放制动功能，因而可以平缓的实现前进状态和倒车状态的过渡，从而确保叉车行驶的安全性，与此同时其能量也能够回收。

3 实践结果电流分析

当叉车的工作模式选择牵引时，叉车就会具有变负载的工作特性，它既可以空载行驶，又可以满载行驶还可以带载爬坡。不过当其工作特性不同时，它的相应的感应电机的工作区也不相同，三种工作特性分别对应着电机的“连续工作区”、“间断工作区”及“高速区”。

感应电机不同工作区域其各就特点：“连续工作区"一般叉车在空载和额定载荷行驶时，电机处于此工作区的电机始终以恒定功率运行，在这种工作区它允许电机为了获取理想的转速而工作在较低的滑差状态下；“间断工作区”一般叉车以一定可允许载荷进行爬坡工作时，电机处于此工作区的电机处于恒扭矩阶段。通过一系列的验证得出如表3 所示的对交流电机与电流的关系。

从表3 可以得知所得到的最大许用电流严重超载，一般达到额定电流3 倍以上。因此可知电流过大会对电机造成很大损害。同时值得注意的是叉车的造价较高，因此对其电机要更外保护。

经过研究得出，当电机启动电流达到额定电流的3～4 倍时，线圈发热量是电机在正常运行时的18～25 倍，产生的电磁力同样达到了18～25 倍。因此可知温度过高、加热速度过快等都将是电机受到巨大的破坏，同时降低了线圈和转子铜条的使用寿命。除此电力过大会造成供电装置的损坏。

表4 交流异步电机的额定与许用电流间关系

4 电机保护

现在我国着重发展将电子型电机控制装置，并将其进行推广。交流电机的保护是与控制方式紧密联系的，如车辆直接许用产生的4～7 倍的额定电流，应用不同的元件结构也不完全相同，热继电器、温度继电器和温度开关、电子式电机保护控制装置。

4.1 热继电器的原理与技术

下图为应用广泛的ZEV 系列热继电器的接线图，其实现了过载、缺相、电流不平衡、接地保护等标准保护功能，应用的保护跳闸采用了数字显示的方式，其四个按键设定数值。热继电器采用的是负载电流流经校准元件，使双金属热元件产生弯曲，实现继电器在电机绕组烧坏前的。

尽管这一技术结构简单，由工作原理可知，其对工业车辆的频繁许用的应用产生不了保护作用，且短路故障后无法应用，这一技术随着科技的不断传统的应用方式早已不能满足需要，其应用多与其他装置共同使用实现功能。

热继电器的接线图

4.2 温度继电器的保护技术

温度继电器保护技术主要应用双金属片设计的盘式继电器，它具有显著的优点，但其也存在一定的问题，因其动作缓慢、返回时间较长，所以在车辆工业很少利用这项技术，而主要应用于空调压缩技术上。

温度继电器不同于热继电器，温度继电器采用的是装电机内部温度变化应用的动作实现，但热继电器则应用在了动力线上依据流热效应实现的。这一保护技术在车辆电机应用较少，但在电动汽车领域已于其他技术结合产生了一些新的应用。

4.3 电子式控制保护技术

伴随着信息时代进入到生活各个领域，在车辆电机的电子式保护装置应用的是集成电路、微处理器实现，其特点是实现了断相保护、温度保护、监测保护等多功能的设计。电机利用电压、电流检测取样和三相不平衡原理进行断相保护，此保护原理是由电子分离元件或集成电路构成的。电机工作电压往往受到电压波动、网络负荷不平衡等因素的影响而使其不不易平衡，易出现误动且断相的保护范围小。

5 结论

本文基于分析工业车辆交流异步电机的额定与许用电流间关系，探讨了电动叉车等的理念、电动叉车等的驱动技术、交流电机驱动的优势，以及以实践结果电流为基础探讨了电机保护，包括热继电器的原理与技术、温度继电器的保护技术、电子式控制保护技术等，由实践数据可知，工业车辆用交流电机最大许用电流为额定电流的3 倍。

[1]权全，孙永军.实用可靠的电动机保护器[J].矿山机械，2001(11).

[2]杨爱萍，伊维斌，韩笑.关于IGBT驱动电路的性能分析[J].煤炭技术，2001(3).

[3]段卫东.三相异步电机的断相与过流保护[J].世界采矿快报，2000(Z2).

[4]周义刚，张正臣，王银顺，肖立业.YBCO超导带材交流过流冲击下的稳定性[J].稀有金属材料与工程，2008(S4).

[5]邱俊.三相异步电动机缺相的原因及处理[J].电气工程应用, 2011(4).