矿用交流电动轮卡车的电气制动分析

刘继武

摘 要：交流电动轮自卸卡车目前已广泛应用到各大露天矿中，在卡车制动过程中，卡车牵引电动机变为发电机，并将卡车动能转变成电能用作制动力的过程称为电气制动，本文依据交流电机的电动和发电工作的基本原理，阐述交流电机的在制动过程中的机理，并阐述矿用交流电动轮卡车在露天矿中的重要作用。

关键词：交流电动机；发电；电阻栅；能耗制动

大型露天采矿的发展迫切要求设备向大型化发展，露天矿的运输设备主要依赖卡车，而机械传动的卡车因材料、加工工艺、结构等方面的原因使其很难向大型化发展，在此情况下电动轮卡车因其制造容易装载吨位大效率高等优点很快地在露天矿山运输中得到广泛的应用。电动轮卡车根据驱动电机的不同可分为直流和交流电动轮卡车。长期以来，矿用卡车，都一直采用直流牵引电机，这是因为直流电机的控制技术较为成熟的缘故。随着交流变频技术的日趋稳定和成熟，交流电机开始作为矿用自卸卡车动力核心。但无论采用哪种动力形式，卡车都需要良好的制动。矿用卡车的电制动是由卡车交流电机发出的电反馈到制动电阻栅，组成交流电动轮的能耗制动。

与机械制动相比，电气制动具有下列优点：

（1）无机械磨损，也没有制动片引起的噪声、粉尘和大量的热量；

（2）能产生较大的制动力；

（3）制动时不会抱死；

（4）可以通过制动实现匀速下坡。

矿用交流自卸卡车用感应电动机作牵引电动机，感应电动机是由于旋转磁场在转子线圈中感应电流，这个感应的電流在旋转磁场中横向切割磁场而产生转矩，但转子线圈不是在滞后横向切割磁场，而是超前横向切割磁场时，在磁场线圈中就产生反向感应电势而成为电制动，所以能够连续地从牵引过渡到制动。

1卡车的减速制动的原理和方式

如果导体在电动机励磁线圈产生的磁场中横向切割，就在导体中按法拉第电磁感应法则产生感应电势。所以，电动机变成了发电机而输出电能。其能量由感应电势的大小和发电机外部相连的电阻器等的负荷决定。从发电机输出的能量消耗在电阻器上就产生电气制动。

对于运转中的矿用交流卡车的交流电机，当变频装置的输出频率所引起的电机定子磁场的旋转速度小于电机转子的运动速度时，电机则从电动机变为发电机。在这种情况下，如果将变频器的输出频率减小，则由变频器输出的频率使电机定子所产生的旋转磁场速度小于电机转子的运转速度（ 电机转子由于整个机车惯性所致，仍基本保持着在调频之前的稳定运行速度不变 。根据磁场中运动导体可以产生电流，而且电流方向与原输入方向相反。由于该电流的产生，又按照通电导体在磁场中受到力的作用，由于磁场方向不变，电流方向相反，可判定力的方向与原来相反。所以，转子上所有导体的受力方向均与其在电动状态下受到牵引力的方向相反。减速制动力的大小与变频装置调频率的幅度以及频率下调后，频率减小的速率有关，这两个参数一定要根据卡车自身的重量吨位以及连同整个机车的牵引负荷大小和矿山坡度等因素来共同确定。

2交流电动机的发电

卡车在制动中，电机转子一定会产生感生电流。在电机运转中，这一感生电流会在转子中产生磁通并随着转子的旋转而形成转子旋转磁场。当该磁场磁力线被定子线圈切割时就会在定子线圈中产生感生电动势。定子绕组所产生的这一感生电动势，其方向与变频器输出电压的方向是相反的。定子线圈中的感生电动势反过来会输入至变频器，并通过变频器中的IGBT 整流，由三相交流电变为直流电，当直流电势的值大于发电机发电并整流后的电势并且电路能为它提供一个完全闭合的电气通路时，那么就形成了包括电机定子绕组在内的电气回路里便会产生感生电流，其电流方向是由电机通过变频器流入能耗装置，这种现象就是交流电动机的发电。

3卡车的能耗制动

当电动轮自卸卡车处于发电状态时，发出来的电经主整流为六个二极管组成的全波整流桥，如图1所示。将三相交流电转换为直流电并输至直流母线。

由电机回馈至直流母线的电能必须被消耗掉，直流母线上的电流是由根据斩波器的通断来调节的，制动电阻被接于直流母线来消耗电气制动时产生的电能。制动电阻栅在进行电气制动时，通过安装在电阻栅上串联风机散发电阻栅产生的热量，这样，可以电阻栅中电流的大小来调整风机的转速，以便达到更好的消耗电气制动所产生的能量。

4结束语

矿用交流自卸卡车的制动与其牵引同样重要。而电制动性能的好坏又直接关系到露天矿的生产的安全与快捷。在卡车重载下坡时可能经常出现高速运行，其惯力往往要远远超过机车本身所具备的牵引动力。因此在这样一类的工况下，给卡车装备一个较为完整的电制动电气结构并实施可靠的电制动是抑制卡车高速并吸收其高速下强大动能的有效方法。在卡车的行驶过程中，电制动与机械制动比较起来有很多优点，因此电制动是一种既安全又高效率的制动方式。由于矿上设备大型化的发展趋势，电气制动在自卸卡车的大型化中必将发挥更重要的作用。