Application du système de moteur synchrone à aimant permanent dans un chariot élévateur électrique

Ces dernières années, grâce à la profonde compréhension des méfaits de la pollution environnementale, la protection de l’environnement est devenue le centre d’une préoccupation commune dans le monde. Par conséquent, divers véhicules à batterie tels que les chariots élévateurs électriques qui utilisent des batteries comme sources d’énergie se sont développés rapidement. Les chariots élévateurs électriques présentent les avantages d’une efficacité de conversion d’énergie élevée, d’un faible bruit, d’aucune émission d’échappement et d’un contrôle pratique. Ils ont été largement utilisés dans les ateliers, les entrepôts, les systèmes de stockage automatiques, les grands supermarchés et autres lieux soumis à des conditions environnementales élevées. À l'heure actuelle, la proportion de chariots élévateurs électriques dans les pays développés comme l'Europe et les États-Unis a atteint 60 % du total des chariots élévateurs, tandis que la proportion de chariots élévateurs électriques nationaux n'est qu'environ 20 %.

Les chariots élévateurs électriques ont désormais surmonté la limitation selon laquelle ils ne peuvent être utilisés que pour des opérations de faible tonnage et sont progressivement passés de l'intérieur vers l'extérieur, et la demande du marché a augmenté d'année en année.

1. Moteur d'entraînement du chariot élévateur électrique
Le développement des chariots élévateurs électriques a favorisé l’innovation continue de leur moteur d’entraînement et de leur système de contrôle. Il existe de nombreux types de moteurs et leurs systèmes de contrôle. Les chariots élévateurs électriques domestiques utilisent principalement des moteurs à courant continu, notamment des moteurs à courant continu à excitation en série, des moteurs à courant continu à excitation parallèle et des moteurs à courant continu à excitation composée. Bien que les moteurs à courant continu présentent de nombreuses caractéristiques, telles que de bonnes performances de régulation de vitesse, une large plage de régulation de vitesse, un couple de démarrage important et un contrôle facile, les moteurs à courant continu contiennent des balais de contact, ce qui facilite l'apparition de pannes de commutation et autres pannes mécaniques pendant le fonctionnement, avec un bruit élevé. , faible durée de vie et entretien fréquent. Par conséquent, l'application des moteurs asynchrones a augmenté ces dernières années et des moteurs synchrones à aimants permanents et des moteurs à réluctance commutée sont également utilisés. D'après les caractéristiques de divers moteurs, les moteurs asynchrones ont une fiabilité élevée et les moteurs synchrones à aimant permanent ont d'excellentes performances globales, mais les moteurs asynchrones et les systèmes de commande de moteur synchrone à aimant permanent sont confrontés au problème des coûts élevés des contrôleurs.
Les performances globales des moteurs synchrones à aimants permanents dépassent celles des autres types de moteurs et constituent un moteur d'entraînement idéal pour chariot élévateur électrique. Avec le développement de la technologie informatique, de la technologie des capteurs et de la technologie de l’électronique de puissance, les systèmes de moteurs synchrones à aimants permanents auront des applications plus larges dans le domaine des véhicules électriques. Au vu de l'analyse ci-dessus, cet article présente un système d'entraînement par moteur synchrone à aimant permanent pour chariots élévateurs électriques et compare ses performances avec celles des moteurs à courant continu du même niveau de puissance.

2. Moteur synchrone à aimant permanent
Le principe de fonctionnement du moteur synchrone à aimant permanent est le même que celui du moteur synchrone à excitation électrique, mais il remplace l'enroulement d'excitation par un aimant permanent, ce qui simplifie la structure du moteur, réduit le coût de traitement et élimine le collecteur et les balais qui sont sujets. aux problèmes, améliorant la fiabilité du moteur ; et comme il n'y a pas de perte d'excitation, l'efficacité et la densité de puissance du moteur sont améliorées. La figure 1 montre un schéma de circuit magnétique du rotor d'un moteur synchrone à aimant permanent pour chariots élévateurs électriques. Le moteur adopte une structure de circuit magnétique à rotor intégré en acier magnétique.
Les avantages du rotor intégré en acier magnétique sont un faible coefficient de fuite et de bonnes performances dynamiques, ce qui est particulièrement adapté aux moteurs synchrones à aimants permanents pour chariots élévateurs électriques ayant des exigences de performances dynamiques relativement élevées. Le couple de résistance magnétique généré par l'asymétrie de son circuit magnétique contribue également à améliorer la capacité de surcharge et la densité de puissance du moteur, et permet d'augmenter facilement la vitesse grâce à un « champ magnétique faible ». Le moteur présente les caractéristiques de faible vitesse et de couple élevé pour assurer le couple de démarrage requis pour le véhicule à basse température ; il dispose d'une large plage de vitesses de fonctionnement pour répondre aux besoins de production d'énergie et d'assistance électrique des véhicules ; et il a une efficacité de travail élevée. Le tableau 2 répertorie la comparaison des performances d'un moteur synchrone à aimant permanent de 6,5 kW et d'un moteur à courant continu couramment utilisé.

3. Système de contrôle de moteur à entraînement synchrone à aimant permanent
Le système de contrôleur de moteur synchrone à aimant permanent adopte un contrôle direct du couple, un contrôle vectoriel spatial et un contrôle vectoriel sans capteur de vitesse ainsi que d'autres méthodes de contrôle. Il a un rendement élevé, des performances élevées et une fiabilité élevée, et a pour fonction de renvoyer l'énergie de freinage du chariot élévateur électrique à la batterie d'alimentation. Le système de contrôle dispose d'un module de communication CAN avec d'autres systèmes du véhicule. Equiper le système de contrôle des véhicules électriques d’un réseau de zone de contrôleur (CAN) est aujourd’hui l’une des dernières technologies de contrôle au monde. Le système de commande des chariots élévateurs électriques basé sur le bus CAN est devenu un sujet de recherche brûlant pour les principaux fabricants de chariots élévateurs dans le monde. Le contrôleur de moteur synchrone à aimant permanent réalise les fonctions suivantes grâce à un contrôle efficace du moteur d'entraînement : ① Fonctionnement de production d'énergie : utilisé pour la récupération d'énergie pendant le freinage ; ② Fonctionnement électrique : conduit le véhicule et peut également être utilisé pour assister l'accélération. Partie matérielle d'entraînement du moteur : le contrôleur de moteur est principalement composé d'une puce intégrée haute performance de la série Infineon XC2000 avec DSP intégré, d'un module IGBT, d'un module de circuit d'entraînement et d'un module de circuit de détection de signal. Il réalise un contrôle en boucle fermée du moteur d'entraînement en détectant le courant de retour et utilise une variété de capteurs pour surveiller l'ensemble du système afin de garantir la fiabilité et la sécurité du moteur. La figure 2 montre le diagramme schématique du matériel du contrôleur de moteur d'entraînement.
Les principales fonctions de protection du contrôleur de moteur d'entraînement comprennent la protection contre les défauts de température du moteur, la protection contre les défauts de température du contrôleur de moteur, la protection contre les défauts de surtension du bus CC, la protection contre les défauts de sous-tension du bus CC, la protection contre les défauts de surcharge du moteur, la protection contre les défauts de survitesse du moteur, la protection contre les défauts IPM du contrôleur de moteur, 12 Protection contre les défauts d'alimentation de contrôle V, protection contre les défauts de communication CAN et protection contre les défauts anormaux de commande de contrôle du véhicule. Les indicateurs techniques et les fonctions que le contrôleur de moteur synchrone à aimant permanent peut réaliser sont les suivants : (1) Plage de fluctuation de la tension d'entrée : UN ± 30 % ; (2) Interface de contrôle de communication : deux bus CAN2.0B ; (3) Résistance d'isolation : chaque borne de la coque est supérieure à 25 MΩ ; (4) Il dispose d'une fonction d'autodiagnostic des défauts : surtension/sous-tension, surcharge, puissance de sortie limitée par surchauffe du contrôleur, panne de communication, arrêt à température extrême, etc. ; (5) Zone de travail à haute efficacité : 75 % de l’efficacité de la zone de travail est supérieure à 90 % ; (6) Temps moyen entre pannes : >3 000 h ; (7) La précision du contrôle du couple est inférieure ou égale à 5 % ; (8) Le rapport entre la vitesse de contrôle maximale et la vitesse du point d'inflexion est supérieur à 3 ; (9) La densité volumique de puissance maximale est supérieure ou égale à 8 kW/L ; (10) La compatibilité électromagnétique répond aux exigences de GB/T18655-2002 et GB/T17619-1998. Le moteur synchrone à aimant permanent et son système de contrôle constituent une sorte de système d'entraînement de véhicule offrant d'excellentes performances globales. Dans le domaine des chariots élévateurs électriques, ils tendent à remplacer progressivement les systèmes à moteur à courant continu et à moteur asynchrone.