直流电机与交流电机的对比

一）直流电机驱动方式直流驱动作为一种比较便宜的驱动方式很早以前就已居电动设备上广泛应 用。然而，直流系统本身在性能、维修等方面存在一些固有的缺陷。20 世纪 90 年代前的电动车辆几乎是直流电机驱动的。直流电机本身效率低， 体积和质量大，换向器和碳刷限制了它转速的提高，最高转速为6000 8000r/mi n。其工作原理是：直流电流经碳刷输送到换向器，并传到转子。这各方式有两个明显的缺陷：第一，所有的电枢电流必湏经由碳刷来输送， 电机的性能取决于碳刷的物理尺寸及磨损情况，而且这也会限制电机制动性能的 发挥。另外，碳刷容易损坏，必湏定期（半年至一年）更换，否则会极大地影响 电机寿命。考虑到这一点，直流电机上往往配置侦测碳刷磨损并发出警告的装置。 第二，直流电动机的热量主要产生在电动机的内部部件，因此大多数直流电机都 会同时配备一个风扇用于散热。以上装置无疑增加了电机的成本。因此，选购电机叉车时，选购直流驱动方式的电动机车主要是考虑了叉车的 价格因素，考虑了直流驱动是一种比较便宜的驱动方式，同时直流驱动应用较早， 技术也比较成熟。但如上所述，直流电机也具有很多缺点，这是企业在采购电动 叉车时必湏考虑的技术因素。（二）交流电机驱动方式比较分析以交流电机为核心的交流驱动系统因其生产效率高、维护成本低被业内专家 誉为 21 世纪电动叉车的革命性技术。全球叉车巨头竞相推出性能更佳的交流驱 动电动叉车，以丰富自己的产品，满足用户需求，赢得市场份额。国内领先的叉 车企业也开始致力于交流技术应用方面 的研发，将新型交流驱动电动叉车作为 参与国内乃至全球市场竞争的制胜砝码。感应电机交流驱动系统是20世纪90年代民展起来的新技术。其原理是将三 相交流电输送给固定的定子绕组，产生旋转的磁场感应闭合的转子绕组产生电流 转子在电磁力的作用下顺着旋转磁场的转动方向旋转。电机控制器采用矢量控制 的变频调速方式。交流电动机最为突出的优势是没有碳刷，也没有直流电动机通 常对最大电流方面的限制，这意味着电动机在实际使用中可以得到更多的能量及 更大的制动扭力，于是可以更快的速度运转。其次，交流电动机的热量主要发生 在电动机外壳部分的定子线圈，便于冷却与散热。因此，交流电动机比直流电动 机所需元件数量大大减少，没有需要定期更换的易损件，几乎不用维护，更高效， 更坚固耐用。近年来，随着交流感应电机变频技术的进步，以及大功率半导体器 件和微处理器速度的大幅度提高，感应电机交流驱动系统与直流电机驱动系统相 比，具有效率高、体积小、质量小，结构简单、免维修、易于冷却和寿命长等优 点。该系统调速范围宽，而且能实现低速恒转矩、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。可以说，正是半导体技术突飞猛进催生了交流电机的技术革命，使交流电机 的控制能力大大增强：而且，随着电子元件价格不断下跌，交流电机控制器硬件 部分的成本得以降低，从而为交流驱动系统的大规模推广应用奠定了基础，创造 了条件。由此可见，选购电动叉车时，选择采用交流驱动系统的叉车具有明显优势。三、选购交流驱动系统的叉车需要考虑的因素一台叉车的总成本并不等于其组成部件的总和，还涉及到其他诸多因素。对 最终用户来说，叉车的总拥有成本包括购买成本以及运行与维护成本，因此选择 质量高、性能可靠的产品就显得相当重要。采用交流驱动系统的叉车，整体性能显著提高，故障及元件更换率明显降低， 可靠性大大增强，叉单位时间的生产率更高，操作及维护成本更低，将给用户带 来非常显著的效益。选购交流驱动系统的电动叉车需要考虑如下因素：（一）运行与维护成本因素交流电机 无需换向接触器（前进、后退换向）无碳刷和换向器，节省了部 件，体积更加轻便小巧，运转速度提高了，而且彻底摆脱了定期检测和更换碳刷 的麻烦。由此带来的最大好处是：叉车电机几乎终生不需要维护，极大地增强了 叉车的可靠性与稳定性；同时，在叉车设计时不用考虑预留电机维修空间，甚至 可以将电机密封起来，使叉车结构设计更加紧凑。蒸馏水添加费用举升马达碳刷更换费用举升接触器更换费用' 行走接触器更换费用 行走马达碳刷更换费用图片说明：采用交流驱动系统的T品牌叉车维修费用大大降低（DC代表直流）（二）制动方式比较分析电动叉车制动主要有两种方式：传统的接触式磨擦制动和非接触式再生制 动。再生制动是一种非接触性制动，比传统的制动系统大大简化。不论驾驶者通 过踩刹车踏板刹车，还是转换行驶方向刹车，电动机均会处于了电机状态，其电 磁转矩将成为制动性质的转矩。这意味着刹车的磨损降到最低。而机械磨损大大 下降，也就减少了叉车维护费用，使运行成本更低。同时，再生制动使得交流电动机在行驶与制动上的效率都更高。刹车或换向 时，会有再生能量产生。刹车越强烈，再生的能量越多。交流驱动系统的蓄能装 置则会在刹车或换向时自动启动，将能量加减给蓄电池，使电池工作时间延长， 寿命也更长。虽然某些直流驱动叉车上也有再制动，但必湏在强烈的刹车时才能启用，这 也意味着再生的部分能量在刹车时转化成了热量。而几乎在所有的情况下，交流 电机均会产生能量再生，并且持续作用直至叉车完全静止，显然比直流电机的能 量再生效率更高。（三）生产效率比较交流电机最高转速比直流电机提高很多，动力更强动。而且，交流电机可 以将获得再生能量回馈给蓄电池，既延长了电池的使用时间，又可以将这些能量 用于提高叉车整体性能，其结果是叉车在行驶启动更快，加速/减速性能大大提 高，缩短了达到最高速度的时间与行走距离。研究表明，在大多数的实际使用中， 叉车自启动停止的一次搬运作业距离很少长于 20 米。而交流电机优秀的加速性 能使得在如此短的距离内实现叉车全速转成可能，叉车的工作效率显蓍提高。（四）编程与控制能力因素随着半导体技术的飞速发展，变频调速技术取得了突破性发展，可以实时控 制交流电机的运转，使交流电机的控制能力大大增强，获得了同直流电机一样调 速性能。交流驱动采用速度力矩控制，控制的灵敏度提高，从而带来叉车操作效 率提高；采用加速踏板释放制动功能（即叉车行走时油门稍一松，再生制动就起 作用），前进过程中换向为倒车时可以平稳过渡，提高了叉车的稳定性与可靠性。 同时，采用CAN总线（CAN是现场总线的一种）好处是：分布式节点不受安装不 受安装位置的限制；模块化结构，系统拓展容易，可实现功能特性的无逢添加或 修改；实现了总线接口标准化，使系统集成更简单，单元设计更灵活。（五）叉车的操作的方便与舒适因素交流驱动系统在提高叉车驾驶员操作舒适方面所起到的作用与众不同。由 于交流电机比直流电机小巧轻便，这使得叉车的设计相对更灵活。例如，利用这 一灵活性，凯傲集团独特的低重心设计，从而开发出能够减驾驶员疲劳、舒适性 能优越的系列电动叉车。