礦用交流電動輪卡車的電氣制動分析

劉繼武

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

關(guān)鍵詞：交流電動機；發(fā)電；電阻柵；能耗制動

大型露天采礦的發(fā)展迫切要求設備向大型化發(fā)展，露天礦的運輸設備主要依賴卡車，而機械傳動的卡車因材料、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，在此情況下電動輪卡車因其制造容易裝載噸位大效率高等優(yōu)點很快地在露天礦山運輸中得到廣泛的應用。電動輪卡車根據(jù)驅(qū)動電機的不同可分為直流和交流電動輪卡車。長期以來，礦用卡車，都一直采用直流牽引電機，這是因為直流電機的控制技術(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，交流電機開始作為礦用自卸卡車動力核心。但無論采用哪種動力形式，卡車都需要良好的制動。礦用卡車的電制動是由卡車交流電機發(fā)出的電反饋到制動電阻柵，組成交流電動輪的能耗制動。

與機械制動相比，電氣制動具有下列優(yōu)點：

（1）無機械磨損，也沒有制動片引起的噪聲、粉塵和大量的熱量；

（2）能產(chǎn)生較大的制動力；

（3）制動時不會抱死；

（4）可以通過制動實現(xiàn)勻速下坡。

礦用交流自卸卡車用感應電動機作牽引電動機，感應電動機是由于旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子線圈中感應電流，這個感應的電流在旋轉(zhuǎn)磁場中橫向切割磁場而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，但轉(zhuǎn)子線圈不是在滯后橫向切割磁場，而是超前橫向切割磁場時，在磁場線圈中就產(chǎn)生反向感應電勢而成為電制動，所以能夠連續(xù)地從牽引過渡到制動。

1卡車的減速制動的原理和方式

如果導體在電動機勵磁線圈產(chǎn)生的磁場中橫向切割，就在導體中按法拉第電磁感應法則產(chǎn)生感應電勢。所以，電動機變成了發(fā)電機而輸出電能。其能量由感應電勢的大小和發(fā)電機外部相連的電阻器等的負荷決定。從發(fā)電機輸出的能量消耗在電阻器上就產(chǎn)生電氣制動。

對于運轉(zhuǎn)中的礦用交流卡車的交流電機，當變頻裝置的輸出頻率所引起的電機定子磁場的旋轉(zhuǎn)速度小于電機轉(zhuǎn)子的運動速度時，電機則從電動機變?yōu)榘l(fā)電機。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定子所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場速度小于電機轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)速度（ 電機轉(zhuǎn)子由于整個機車慣性所致，仍基本保持著在調(diào)頻之前的穩(wěn)定運行速度不變 。根據(jù)磁場中運動導體可以產(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，又按照通電導體在磁場中受到力的作用，由于磁場方向不變，電流方向相反，可判定力的方向與原來相反。所以，轉(zhuǎn)子上所有導體的受力方向均與其在電動狀態(tài)下受到牽引力的方向相反。減速制動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)，這兩個參數(shù)一定要根據(jù)卡車自身的重量噸位以及連同整個機車的牽引負荷大小和礦山坡度等因素來共同確定。

2交流電動機的發(fā)電

卡車在制動中，電機轉(zhuǎn)子一定會產(chǎn)生感生電流。在電機運轉(zhuǎn)中，這一感生電流會在轉(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。當該磁場磁力線被定子線圈切割時就會在定子線圈中產(chǎn)生感生電動勢。定子繞組所產(chǎn)生的這一感生電動勢，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勢反過來會輸入至變頻器，并通過變頻器中的IGBT 整流，由三相交流電變?yōu)橹绷麟?，當直流電勢的值大于發(fā)電機發(fā)電并整流后的電勢并且電路能為它提供一個完全閉合的電氣通路時，那么就形成了包括電機定子繞組在內(nèi)的電氣回路里便會產(chǎn)生感生電流，其電流方向是由電機通過變頻器流入能耗裝置，這種現(xiàn)象就是交流電動機的發(fā)電。

3卡車的能耗制動

當電動輪自卸卡車處于發(fā)電狀態(tài)時，發(fā)出來的電經(jīng)主整流為六個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)斬波器的通斷來調(diào)節(jié)的，制動電阻被接于直流母線來消耗電氣制動時產(chǎn)生的電能。制動電阻柵在進行電氣制動時，通過安裝在電阻柵上串聯(lián)風機散發(fā)電阻柵產(chǎn)生的熱量，這樣，可以電阻柵中電流的大小來調(diào)整風機的轉(zhuǎn)速，以便達到更好的消耗電氣制動所產(chǎn)生的能量。

4結(jié)束語

礦用交流自卸卡車的制動與其牽引同樣重要。而電制動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。在卡車重載下坡時可能經(jīng)常出現(xiàn)高速運行，其慣力往往要遠遠超過機車本身所具備的牽引動力。因此在這樣一類的工況下，給卡車裝備一個較為完整的電制動電氣結(jié)構(gòu)并實施可靠的電制動是抑制卡車高速并吸收其高速下強大動能的有效方法。在卡車的行駛過程中，電制動與機械制動比較起來有很多優(yōu)點，因此電制動是一種既安全又高效率的制動方式。由于礦上設備大型化的發(fā)展趨勢，電氣制動在自卸卡車的大型化中必將發(fā)揮更重要的作用。