礦用交流電動(dòng)輪卡車的電氣制動(dòng)分析

劉繼武

摘 要：交流電動(dòng)輪自卸卡車目前已廣泛應(yīng)用到各大露天礦中，在卡車制動(dòng)過(guò)程中，卡車牽引電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)，并將卡車動(dòng)能轉(zhuǎn)變成電能用作制動(dòng)力的過(guò)程稱為電氣制動(dòng)，本文依據(jù)交流電機(jī)的電動(dòng)和發(fā)電工作的基本原理，闡述交流電機(jī)的在制動(dòng)過(guò)程中的機(jī)理，并闡述礦用交流電動(dòng)輪卡車在露天礦中的重要作用。

關(guān)鍵詞：交流電動(dòng)機(jī)；發(fā)電；電阻柵；能耗制動(dòng)

大型露天采礦的發(fā)展迫切要求設(shè)備向大型化發(fā)展，露天礦的運(yùn)輸設(shè)備主要依賴卡車，而機(jī)械傳動(dòng)的卡車因材料、加工工藝、結(jié)構(gòu)等方面的原因使其很難向大型化發(fā)展，在此情況下電動(dòng)輪卡車因其制造容易裝載噸位大效率高等優(yōu)點(diǎn)很快地在露天礦山運(yùn)輸中得到廣泛的應(yīng)用。電動(dòng)輪卡車根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的不同可分為直流和交流電動(dòng)輪卡車。長(zhǎng)期以來(lái)，礦用卡車，都一直采用直流牽引電機(jī)，這是因?yàn)橹绷麟姍C(jī)的控制技術(shù)較為成熟的緣故。隨著交流變頻技術(shù)的日趨穩(wěn)定和成熟，交流電機(jī)開始作為礦用自卸卡車動(dòng)力核心。但無(wú)論采用哪種動(dòng)力形式，卡車都需要良好的制動(dòng)。礦用卡車的電制動(dòng)是由卡車交流電機(jī)發(fā)出的電反饋到制動(dòng)電阻柵，組成交流電動(dòng)輪的能耗制動(dòng)。

與機(jī)械制動(dòng)相比，電氣制動(dòng)具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）無(wú)機(jī)械磨損，也沒有制動(dòng)片引起的噪聲、粉塵和大量的熱量；

（2）能產(chǎn)生較大的制動(dòng)力；

（3）制動(dòng)時(shí)不會(huì)抱死；

（4）可以通過(guò)制動(dòng)實(shí)現(xiàn)勻速下坡。

礦用交流自卸卡車用感應(yīng)電動(dòng)機(jī)作牽引電動(dòng)機(jī)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)是由于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子線圈中感應(yīng)電流，這個(gè)感應(yīng)的電流在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中橫向切割磁場(chǎng)而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)子線圈不是在滯后橫向切割磁場(chǎng)，而是超前橫向切割磁場(chǎng)時(shí)，在磁場(chǎng)線圈中就產(chǎn)生反向感應(yīng)電勢(shì)而成為電制動(dòng)，所以能夠連續(xù)地從牽引過(guò)渡到制動(dòng)。

1卡車的減速制動(dòng)的原理和方式

如果導(dǎo)體在電動(dòng)機(jī)勵(lì)磁線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)中橫向切割，就在導(dǎo)體中按法拉第電磁感應(yīng)法則產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。所以，電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)而輸出電能。其能量由感應(yīng)電勢(shì)的大小和發(fā)電機(jī)外部相連的電阻器等的負(fù)荷決定。從發(fā)電機(jī)輸出的能量消耗在電阻器上就產(chǎn)生電氣制動(dòng)。

對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)中的礦用交流卡車的交流電機(jī)，當(dāng)變頻裝置的輸出頻率所引起的電機(jī)定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度小于電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)速度時(shí)，電機(jī)則從電動(dòng)機(jī)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)。在這種情況下，如果將變頻器的輸出頻率減小，則由變頻器輸出的頻率使電機(jī)定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)速度小于電機(jī)轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)速度（ 電機(jī)轉(zhuǎn)子由于整個(gè)機(jī)車慣性所致，仍基本保持著在調(diào)頻之前的穩(wěn)定運(yùn)行速度不變 。根據(jù)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)導(dǎo)體可以產(chǎn)生電流，而且電流方向與原輸入方向相反。由于該電流的產(chǎn)生，又按照通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受到力的作用，由于磁場(chǎng)方向不變，電流方向相反，可判定力的方向與原來(lái)相反。所以，轉(zhuǎn)子上所有導(dǎo)體的受力方向均與其在電動(dòng)狀態(tài)下受到牽引力的方向相反。減速制動(dòng)力的大小與變頻裝置調(diào)頻率的幅度以及頻率下調(diào)后，頻率減小的速率有關(guān)，這兩個(gè)參數(shù)一定要根據(jù)卡車自身的重量噸位以及連同整個(gè)機(jī)車的牽引負(fù)荷大小和礦山坡度等因素來(lái)共同確定。

2交流電動(dòng)機(jī)的發(fā)電

卡車在制動(dòng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)子一定會(huì)產(chǎn)生感生電流。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，這一感生電流會(huì)在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生磁通并隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而形成轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)該磁場(chǎng)磁力線被定子線圈切割時(shí)就會(huì)在定子線圈中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)。定子繞組所產(chǎn)生的這一感生電動(dòng)勢(shì)，其方向與變頻器輸出電壓的方向是相反的。定子線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)反過(guò)來(lái)會(huì)輸入至變頻器，并通過(guò)變頻器中的IGBT 整流，由三相交流電變?yōu)橹绷麟姡?dāng)直流電勢(shì)的值大于發(fā)電機(jī)發(fā)電并整流后的電勢(shì)并且電路能為它提供一個(gè)完全閉合的電氣通路時(shí)，那么就形成了包括電機(jī)定子繞組在內(nèi)的電氣回路里便會(huì)產(chǎn)生感生電流，其電流方向是由電機(jī)通過(guò)變頻器流入能耗裝置，這種現(xiàn)象就是交流電動(dòng)機(jī)的發(fā)電。

3卡車的能耗制動(dòng)

當(dāng)電動(dòng)輪自卸卡車處于發(fā)電狀態(tài)時(shí)，發(fā)出來(lái)的電經(jīng)主整流為六個(gè)二極管組成的全波整流橋，如圖1所示。將三相交流電轉(zhuǎn)換為直流電并輸至直流母線。

由電機(jī)回饋至直流母線的電能必須被消耗掉，直流母線上的電流是由根據(jù)斬波器的通斷來(lái)調(diào)節(jié)的，制動(dòng)電阻被接于直流母線來(lái)消耗電氣制動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的電能。制動(dòng)電阻柵在進(jìn)行電氣制動(dòng)時(shí)，通過(guò)安裝在電阻柵上串聯(lián)風(fēng)機(jī)散發(fā)電阻柵產(chǎn)生的熱量，這樣，可以電阻柵中電流的大小來(lái)調(diào)整風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以便達(dá)到更好的消耗電氣制動(dòng)所產(chǎn)生的能量。

4結(jié)束語(yǔ)

礦用交流自卸卡車的制動(dòng)與其牽引同樣重要。而電制動(dòng)性能的好壞又直接關(guān)系到露天礦的生產(chǎn)的安全與快捷。在卡車重載下坡時(shí)可能經(jīng)常出現(xiàn)高速運(yùn)行，其慣力往往要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)機(jī)車本身所具備的牽引動(dòng)力。因此在這樣一類的工況下，給卡車裝備一個(gè)較為完整的電制動(dòng)電氣結(jié)構(gòu)并實(shí)施可靠的電制動(dòng)是抑制卡車高速并吸收其高速下強(qiáng)大動(dòng)能的有效方法。在卡車的行駛過(guò)程中，電制動(dòng)與機(jī)械制動(dòng)比較起來(lái)有很多優(yōu)點(diǎn)，因此電制動(dòng)是一種既安全又高效率的制動(dòng)方式。由于礦上設(shè)備大型化的發(fā)展趨勢(shì)，電氣制動(dòng)在自卸卡車的大型化中必將發(fā)揮更重要的作用。