전동지게차에 영구자석 동기모터 시스템 적용

최근 몇 년 동안 사람들은 환경 오염의 해로움에 대해 깊은 인식을 갖게 되었고, 환경 보호는 세계 공통의 관심사가 되었습니다. 이에 배터리를 동력원으로 사용하는 전동지게차 등 다양한 배터리 차량이 급속히 발전하고 있다. 전동 지게차는 에너지 변환 효율이 높고, 소음이 적으며, 배기가스 배출이 없고, 제어가 편리하다는 장점이 있습니다. 그들은 작업장, 창고, 자동 보관 시스템, 대형 슈퍼마켓 및 환경 조건이 높은 기타 장소에서 널리 사용되었습니다. 현재 유럽, 미국 등 선진국의 전동지게차 비중은 전체 지게차의 60%에 달한 반면, 국내 전동지게차의 비중은 20% 정도에 불과하다.

이제 전동지게차는 소량 작업에만 사용할 수 있다는 한계를 뛰어넘고 점차 실내에서 실외로 옮겨가며 시장 수요는 해마다 증가하고 있습니다.

1. 전동지게차 구동모터
전동 지게차의 개발로 인해 구동 모터와 제어 시스템의 지속적인 혁신이 촉진되었습니다. 모터와 해당 제어 시스템에는 다양한 유형이 있습니다. 국내 전동지게차는 주로 직렬 여자 DC 모터, 병렬 여자 DC 모터, 복합 여자 DC 모터 등 DC 모터를 사용합니다. DC 모터는 우수한 속도 조절 성능, 넓은 속도 조절 범위, 큰 시동 토크, 제어 용이성 등 많은 특성을 가지고 있지만 DC 모터에는 접촉 브러시가 포함되어 있어 작동 중 정류 오류 및 기타 기계적 고장이 발생하기 쉽고 소음이 높습니다. , 낮은 수명 및 빈번한 유지 관리. 따라서 최근에는 비동기식 전동기의 적용이 증가하고 있으며, 영구자석 동기 전동기, 스위치드 릴럭턴스 전동기 등도 사용되고 있다. 다양한 모터의 특성상 비동기 모터는 신뢰성이 높고 영구자석 동기 모터는 종합적인 성능이 우수하지만 비동기 모터와 영구자석 동기 모터 제어 시스템 모두 컨트롤러 비용이 높다는 문제에 직면해 있습니다.
영구자석 동기 모터의 종합적인 성능은 다른 유형의 모터를 능가하며 이상적인 전동 지게차 구동 모터입니다. 컴퓨터 기술, 센서 기술 및 전력 전자 기술의 발전으로 영구 자석 동기 모터 시스템은 전기 자동차 분야에서 더 넓은 응용 분야를 갖게 될 것입니다. 위의 분석을 고려하여 본 논문에서는 전동 지게차용 영구자석 동기 모터 구동 시스템을 소개하고, 동일한 출력 수준의 DC 모터와 성능을 비교합니다.

2. 영구자석 동기모터
영구자석 동기전동기의 작동 원리는 전기 여자 동기전동기와 동일하지만 여자 권선을 영구자석으로 대체하여 모터 구조를 단순화하고 가공 비용을 절감하며 정류자와 브러시가 발생하기 쉬운 현상을 제거합니다. 문제에 대해 모터의 신뢰성을 향상시킵니다. 여자 손실이 없기 때문에 모터의 효율과 출력 밀도가 향상됩니다. 그림 1은 전동지게차용 영구자석 동기전동기의 회전자 자기회로도를 나타낸다. 모터는 자성 강철 내장 로터 자기 회로 구조를 채택합니다.
자성 강철 내장형 로터의 장점은 누설 계수가 작고 동적 성능이 우수하다는 것입니다. 이는 특히 동적 성능 요구 사항이 상대적으로 높은 전동 지게차용 영구 자석 동기 모터에 적합합니다. 자기 회로의 비대칭으로 인해 발생하는 자기 저항 토크는 모터의 과부하 용량과 전력 밀도를 향상시키는 데 도움이 되며 "약한 자기장"으로 인해 속도를 쉽게 높일 수 있습니다. 모터는 저온에서 차량에 필요한 시동 토크를 보장하기 위해 저속 및 높은 토크 특성을 가지고 있습니다. 차량 발전 및 전력 지원 요구를 충족할 수 있는 넓은 작동 속도 범위를 가지고 있습니다. 그리고 작업 효율이 높습니다. 표 2에는 6.5kW 영구자석 동기 모터와 일반적으로 사용되는 DC 모터의 성능 비교가 나와 있습니다.

3. 영구자석 동기 구동 모터 제어 시스템
영구 자석 동기 모터 컨트롤러 시스템은 직접 토크 제어, 공간 벡터 제어 및 속도 센서리스 벡터 제어 및 기타 제어 방법을 채택합니다. 고효율, 고성능, 고신뢰성을 가지며, 전동지게차의 제동에너지를 파워배터리팩으로 피드백하는 기능을 가지고 있습니다. 제어 시스템에는 다른 차량 시스템과의 CAN 통신 모듈이 있습니다. CAN(Controller Area Network)을 전기 자동차의 제어 시스템에 장착하는 것은 오늘날 전 세계의 최신 제어 기술 중 하나입니다. CAN 버스를 기반으로 한 전동 지게차 제어 시스템은 전 세계 주요 지게차 제조업체의 연구 주제가 되었습니다. 영구자석 동기 모터 컨트롤러는 구동 모터의 효과적인 제어를 통해 다음 기능을 실현합니다. ① 발전 작동: 제동 중 에너지 회수에 사용됩니다. ② 전기 작동: 차량을 운전하며 가속 시 보조용으로도 사용할 수 있습니다. 모터 구동 하드웨어 부분: 모터 컨트롤러는 주로 DSP가 통합된 고성능 Infineon XC2000 시리즈 임베디드 칩, IGBT 모듈, 구동 회로 모듈 및 신호 감지 회로 모듈로 구성됩니다. 피드백 전류를 감지하여 구동 모터의 폐쇄 루프 제어를 실현하고, 다양한 센서를 사용하여 전체 시스템을 모니터링하여 모터의 신뢰성과 안전성을 보장합니다. 그림 2는 구동 모터 컨트롤러의 하드웨어 개략도를 보여줍니다.
드라이브 모터 컨트롤러의 주요 보호 기능에는 모터 온도 오류 보호, 모터 컨트롤러 온도 오류 보호, DC 버스 과전압 오류 보호, DC 버스 저전압 오류 보호, 모터 과부하 오류 보호, 모터 과속 오류 보호, 모터 컨트롤러 IPM 오류 보호, 12가 포함됩니다. V 제어 전원 공급 장치 오류 보호, CAN 통신 오류 보호 및 차량 제어 명령 비정상적인 오류 보호. 영구자석 동기 모터 컨트롤러가 달성할 수 있는 기술 지표 및 기능은 다음과 같습니다. (1) 입력 전압 변동 범위: UN±30%; (2) 통신 제어 인터페이스: CAN2.0B 버스 2개; (3) 절연 저항: 쉘에 대한 각 단자는 25MΩ보다 큽니다. (4) 과전압/저전압, 과부하, 컨트롤러 과열 제한 전원 출력, 통신 오류, 극한 온도 차단 등 오류 자체 진단 기능이 있습니다. (5) 고효율 작업 영역: 작업 영역 효율의 75%가 90%보다 큽니다. (6) 평균 고장 간격: >3,000시간; (7) 토크 제어 정확도는 5% 이하입니다. (8) 최대 제어 속도와 변곡점 속도의 비율이 3보다 큽니다. (9) 피크 전력 부피 밀도는 8kW/L 이상입니다. (10) 전자기 호환성은 GB/T18655-2002 및 GB/T17619-1998의 요구 사항을 충족합니다. 영구 자석 동기 모터 및 그 제어 시스템은 우수한 종합 성능을 갖춘 일종의 차량 구동 시스템입니다. 전동 지게차 분야에서는 점차 DC 모터와 비동기 모터 시스템을 대체하는 경향이 있습니다.