1.3　工作原理

下面以交—直—交电传动类型为例，介绍矿用电动轮自卸车（以下简称矿车）的工作原理。

整车动力来自柴油发动机，发电机电枢轴与柴油机曲轴连接，车载大功率柴油机工作时，带动同轴的发电机电枢旋转产生三相交流电，将机械能转变成电能；所产生的电流经电控柜整流和励磁控制变为直流电，以IGBT为核心元件的变频器为定子提供幅值和频率可变的三相交流电，形成旋转磁场，实现驱动轮内或轮边电动机的牵引和调速，它又将电能转变成机械能；然后通过行星减速机构将动力传递给驱动轮（通常为后轮）实现动力传递，车辆的前进和后退通过改变牵引电动机的磁场电流方向实现，见图1.4。液压系统主要控制货箱的举落、整车转向和低速时车辆制动。图1.5给出矿车正常行驶时的能量转换关系，图1.6给出矿车的动力传递路线。

图1.4　矿用电动轮自卸车的工作原理

图1.5　车辆正常行驶时交流电传动系统的能量转换

因牵引电动机常置于驱动轮轮毂内或轮边（驱动桥内），最早电动机的机壳就是轮轴，“电动轮”的名称即由此而来。后来在使用过程中发现，一旦电机出现故障后维修很不方便，这样就演变为目前这种可抽出、插入的电动轮结构形式，见图1.7。

图1.6　电动轮矿车的动力传动路线

图1.7　电动轮总成

车辆在较高速度情况下开始减速或缓慢下坡过程中，可以变换控制线路进行动力辅助制动，即无摩擦的缓行制动，此时，矿用自卸车负载带动电动机转子旋转，转子受到制动作用，电动轮电动机被调整为发电机运行状态，将车辆运行的机械能转变成电能，通过IGBT和二极管将交流电整流为直流电，并通过制动电阻栅以热能的形式耗散在大气中，这时，电动轮电机产生的电磁转矩阻碍车辆运行，起到减速制动的作用，见图1.8。

图1.8　车辆电阻制动时交流电传动系统的动力传递路线

随着全球节能减排环保的技术趋势，矿用电动轮自卸车的电驱动系统至少有以下几个发展方向。

一是发展绿色节能的混合动力矿用自卸车，美国通用电气公司（General Electric Company，GE）提出一种混合动力矿用自卸车的概念。在车辆下坡电阻制动时可利用蓄电池进行充电储能，而在上坡时蓄电池释放电能，和发动机一起参与车辆牵引驱动，从而减少柴油机的输出功率，达到节能、省油、减排的目的，见图1.9。

图1.9　使用充电电池的混合动力矿用自卸车

二是通过外部架线方式形成所谓的双能源矿用自卸车，见图1.10。重载上坡采用辅助架线直接供电驱动，柴油机只作怠速运行，在水平道路行驶时则由柴油机驱动，下坡时车辆制动所产生的电力经辅助架线直接返回电网。这样既解决了重载上坡时柴油发动机动力不足的问题，又节约了能源，降低了排放。如美国某公司的235t级双能源矿用自卸车，其柴油发动机功率仅为746kW，而牵引电机的总功率达到了3358kW，是柴油机功率的4.5倍。

三是矿用电动轮自卸车电阻制动时的反拖节能技术。当车辆实施电阻制动过程时，若判定车速大于某设定的临界速度时，电动轮内的电动机被调整为发电机运行状态，将车辆运行的机械能转变成电能。原牵引发动机发出的三相交流电经过电控柜整流和逆变后，供给和柴油机刚性连接的发电机，此时发电机作为电动机使用，它又将电能转变成机械能。因为发电机与柴油机同轴，由发电机（相当于电动机）带动柴油机被动旋转，柴油机此时便可以减少供油或维持怠速运行，这样柴油机发出较少的功率就能满足对其自身风扇等附件的功率需求，从而实现了能量回收利用和省油的目的，见图1.11。

图1.10　外部架线的双能源矿用自卸车