1.3　工作原理

下面以交—直—交電傳動(dòng)類型為例，介紹礦用電動(dòng)輪自卸車（以下簡(jiǎn)稱礦車）的工作原理。

整車動(dòng)力來(lái)自柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)電樞軸與柴油機(jī)曲軸連接，車載大功率柴油機(jī)工作時(shí)，帶動(dòng)同軸的發(fā)電機(jī)電樞旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生三相交流電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能；所產(chǎn)生的電流經(jīng)電控柜整流和勵(lì)磁控制變?yōu)橹绷麟姡訧GBT為核心元件的變頻器為定子提供幅值和頻率可變的三相交流電，形成旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輪內(nèi)或輪邊電動(dòng)機(jī)的牽引和調(diào)速，它又將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能；然后通過(guò)行星減速機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞給驅(qū)動(dòng)輪（通常為后輪）實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞，車輛的前進(jìn)和后退通過(guò)改變牽引電動(dòng)機(jī)的磁場(chǎng)電流方向?qū)崿F(xiàn)，見(jiàn)圖1.4。液壓系統(tǒng)主要控制貨箱的舉落、整車轉(zhuǎn)向和低速時(shí)車輛制動(dòng)。圖1.5給出礦車正常行駛時(shí)的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，圖1.6給出礦車的動(dòng)力傳遞路線。

因牽引電動(dòng)機(jī)常置于驅(qū)動(dòng)輪輪轂內(nèi)或輪邊（驅(qū)動(dòng)橋內(nèi)），最早電動(dòng)機(jī)的機(jī)殼就是輪軸，“電動(dòng)輪”的名稱即由此而來(lái)。后來(lái)在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，一旦電機(jī)出現(xiàn)故障后維修很不方便，這樣就演變?yōu)槟壳斑@種可抽出、插入的電動(dòng)輪結(jié)構(gòu)形式，見(jiàn)圖1.7。

車輛在較高速度情況下開(kāi)始減速或緩慢下坡過(guò)程中，可以變換控制線路進(jìn)行動(dòng)力輔助制動(dòng)，即無(wú)摩擦的緩行制動(dòng)，此時(shí)，礦用自卸車負(fù)載帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)作用，電動(dòng)輪電動(dòng)機(jī)被調(diào)整為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，將車輛運(yùn)行的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能，通過(guò)IGBT和二極管將交流電整流為直流電，并通過(guò)制動(dòng)電阻柵以熱能的形式耗散在大氣中，這時(shí)，電動(dòng)輪電機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩阻礙車輛運(yùn)行，起到減速制動(dòng)的作用，見(jiàn)圖1.8。

隨著全球節(jié)能減排環(huán)保的技術(shù)趨勢(shì)，礦用電動(dòng)輪自卸車的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)至少有以下幾個(gè)發(fā)展方向。

一是發(fā)展綠色節(jié)能的混合動(dòng)力礦用自卸車，美國(guó)通用電氣公司（General Electric Company，GE）提出一種混合動(dòng)力礦用自卸車的概念。在車輛下坡電阻制動(dòng)時(shí)可利用蓄電池進(jìn)行充電儲(chǔ)能，而在上坡時(shí)蓄電池釋放電能，和發(fā)動(dòng)機(jī)一起參與車輛牽引驅(qū)動(dòng)，從而減少柴油機(jī)的輸出功率，達(dá)到節(jié)能、省油、減排的目的，見(jiàn)圖1.9。

二是通過(guò)外部架線方式形成所謂的雙能源礦用自卸車，見(jiàn)圖1.10。重載上坡采用輔助架線直接供電驅(qū)動(dòng)，柴油機(jī)只作怠速運(yùn)行，在水平道路行駛時(shí)則由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)，下坡時(shí)車輛制動(dòng)所產(chǎn)生的電力經(jīng)輔助架線直接返回電網(wǎng)。這樣既解決了重載上坡時(shí)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足的問(wèn)題，又節(jié)約了能源，降低了排放。如美國(guó)某公司的235t級(jí)雙能源礦用自卸車，其柴油發(fā)動(dòng)機(jī)功率僅為746kW，而牽引電機(jī)的總功率達(dá)到了3358kW，是柴油機(jī)功率的4.5倍。

三是礦用電動(dòng)輪自卸車電阻制動(dòng)時(shí)的反拖節(jié)能技術(shù)。當(dāng)車輛實(shí)施電阻制動(dòng)過(guò)程時(shí)，若判定車速大于某設(shè)定的臨界速度時(shí)，電動(dòng)輪內(nèi)的電動(dòng)機(jī)被調(diào)整為發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，將車輛運(yùn)行的機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。原牽引發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的三相交流電經(jīng)過(guò)電控柜整流和逆變后，供給和柴油機(jī)剛性連接的發(fā)電機(jī)，此時(shí)發(fā)電機(jī)作為電動(dòng)機(jī)使用，它又將電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)與柴油機(jī)同軸，由發(fā)電機(jī)（相當(dāng)于電動(dòng)機(jī)）帶動(dòng)柴油機(jī)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)，柴油機(jī)此時(shí)便可以減少供油或維持怠速運(yùn)行，這樣柴油機(jī)發(fā)出較少的功率就能滿足對(duì)其自身風(fēng)扇等附件的功率需求，從而實(shí)現(xiàn)了能量回收利用和省油的目的，見(jiàn)圖1.11。