大型礦用電動(dòng)輪自卸車主輔一體牽引系統(tǒng)研究

胡 仙，張邦富，梅文慶，周志宇

（中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司，湖南 株洲 412001）

0 引言

大型礦用電動(dòng)輪自卸車（簡(jiǎn)稱“電動(dòng)輪自卸車”）作為大型露天礦山的主要運(yùn)輸工具，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)愈發(fā)受到重視。目前，使用交流傳動(dòng)系統(tǒng)已成為電動(dòng)輪自卸車的首選方案，且系統(tǒng)采用鼠籠式電動(dòng)機(jī)。與直流傳動(dòng)系統(tǒng)相比，由于鼠籠式電動(dòng)機(jī)沒(méi)有碳刷、換向器以及其他需維護(hù)的部件，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠耐用、維護(hù)便捷且外形尺寸小，因而可以設(shè)計(jì)制造出功率更大、轉(zhuǎn)速更高的交流傳動(dòng)自卸車［1］。

電動(dòng)輪自卸車電驅(qū)系統(tǒng)由主傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱“主傳”）系統(tǒng)和輔助傳動(dòng)（簡(jiǎn)稱“輔傳”）系統(tǒng)構(gòu)成。其中，主傳系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機(jī)、主傳變流器、驅(qū)動(dòng)輪電機(jī)和制動(dòng)電阻；輔傳系統(tǒng)包含制動(dòng)電阻風(fēng)機(jī)、變流器風(fēng)機(jī)、牽引電機(jī)風(fēng)機(jī)和水冷系統(tǒng)水泵。電動(dòng)輪自卸車正常運(yùn)行時(shí)需要輔傳系統(tǒng)為整車提供散熱，以保證整車的安全運(yùn)行。傳統(tǒng)電動(dòng)輪自卸車通過(guò)柴油發(fā)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)散熱風(fēng)機(jī)或者通過(guò)制動(dòng)電阻分壓向輔傳系統(tǒng)提供電源。這類輔傳系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)一般采用直流風(fēng)機(jī)，然而直流風(fēng)機(jī)故障率高，需要定期維護(hù)，這無(wú)疑增加了柴油發(fā)電機(jī)的油耗和系統(tǒng)運(yùn)行成本。目前牽引系統(tǒng)的控制策略主要有3種，即開(kāi)環(huán)控制、矢量控制和直接轉(zhuǎn)矩控制（direct torque control，DTC）。矢量控制是基于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向，其將電機(jī)定子電流分解成轉(zhuǎn)矩電流分量和勵(lì)磁電流分量，以實(shí)現(xiàn)解耦控制，并按照線性系統(tǒng)的控制理論方法來(lái)設(shè)計(jì)電流環(huán)。而DTC則是基于定子磁鏈定向，其在定子坐標(biāo)系下分析電機(jī)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算控制電機(jī)的磁鏈和轉(zhuǎn)矩，無(wú)需復(fù)雜的坐標(biāo)變換，并按照非線性的控制理論方法來(lái)設(shè)計(jì)控制磁鏈和轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)矩的階躍響應(yīng)時(shí)間。因此，DTC較矢量控制更為快速和直接。目前，國(guó)內(nèi)鮮有將DTC技術(shù)實(shí)際應(yīng)用于電動(dòng)輪自卸車領(lǐng)域。文獻(xiàn)［2-3］中牽引電機(jī)采用矢量控制策略。文獻(xiàn)［4-5］對(duì)牽引電機(jī)DTC策略進(jìn)行了相關(guān)的研究，但未見(jiàn)有實(shí)際的裝車應(yīng)用。為此，本文設(shè)計(jì)了一種主輔一體電動(dòng)輪礦用自卸車牽引系統(tǒng)。其能充分利用制動(dòng)運(yùn)行時(shí)回饋到主傳中間直流側(cè)的能量，提高了系統(tǒng)能效；制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由于利用了制動(dòng)產(chǎn)生的能量，柴油機(jī)可以怠速運(yùn)行，減少了噴油量，節(jié)省了系統(tǒng)運(yùn)行成本；風(fēng)機(jī)和水泵采用交流電機(jī)，相比傳統(tǒng)直流電機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，顯著降低維護(hù)工作量。另外，主傳牽引控制算法采用DTC算法，使得整車在面對(duì)快速牽引轉(zhuǎn)制動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)牽引、重載坡起和平直道加速等工況時(shí)，都具有快速的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)能力，保證了整車的高性能。

1 大功率主輔一體交流傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

大功率主輔一體交流傳動(dòng)電氣系統(tǒng)主電路如圖1所示，系統(tǒng)包含主傳系統(tǒng)及輔傳系統(tǒng)兩部分。主傳部分通過(guò)柴油機(jī)勵(lì)磁控制驅(qū)動(dòng)雙繞組無(wú)刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)，輸出兩路1 140 V三相交流電，并經(jīng)過(guò)不控整流單元（DRU）分別為主傳及輔傳提供直流電源。直流電源經(jīng)過(guò)2組獨(dú)立的變壓變頻（variable voltage and variable frequency，VVVF）變流裝置（單相，采用橋臂并聯(lián)的模式，分別對(duì)應(yīng)INV1~INV6，水冷散熱），控制2臺(tái)大功率異步牽引電機(jī)來(lái)分別驅(qū)動(dòng)左、右后輪。輔傳部分包含一個(gè)帶隔離變壓器（TM1）的DC/DC前端轉(zhuǎn)換單元A1及后端DC/AC逆變控制單元（A2），以驅(qū)動(dòng)制動(dòng)電阻風(fēng)機(jī)、牽引電機(jī)風(fēng)機(jī)、水泵及變流器散熱風(fēng)機(jī)等負(fù)載；制動(dòng)能量一部分為輔傳提供能量，另一部分由制動(dòng)電阻所消耗（Rz1~Rz4）。

圖1 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig1 Main circuit topology

系統(tǒng)控制方案如圖2所示。整車傳動(dòng)控制系統(tǒng)包括整車控制單元ACU、主傳控制單元DCU1和輔傳控制單元DCU2。DCU1和DCU2通過(guò)CAN總線與ACU進(jìn)行通信，并根據(jù)ACU指令控制變流器的運(yùn)行。ACU通過(guò)采集司控器、油門踏板和制動(dòng)踏板等的信號(hào)進(jìn)行整車的牽引、制動(dòng)和裝載等控制。DCU1采集中間電壓、輸出電流和牽引電機(jī)速度信號(hào)并接受ACU的指令以實(shí)現(xiàn)VVVF控制；VVVF控制通過(guò)DTC算法控制牽引電機(jī)按牽引特性曲線運(yùn)行。發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（engine control unit，ECU）進(jìn)行勵(lì)磁控制，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，輸出目標(biāo)中間電壓。DCU2接受ACU指令，以實(shí)現(xiàn)制動(dòng)電阻風(fēng)機(jī)、牽引電機(jī)風(fēng)機(jī)、變流器風(fēng)機(jī)和水泵的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖2 系統(tǒng)控制方案Fig.2 System control scheme

2 主傳控制系統(tǒng)

主傳控制系統(tǒng)主要控制兩臺(tái)大功率異步電機(jī)來(lái)分別驅(qū)動(dòng)左、右后輪并用DTC算法進(jìn)行變頻調(diào)速。DTC是繼矢量控制技術(shù)之后又一新型的高效變頻調(diào)速技術(shù)。20世紀(jì)80年代中期，德國(guó)魯爾大學(xué)的M.Depenbrock教授和日本的I.Takahashi教授分別提出了六邊形DTC方案和圓形DTC方案［6-7］。

DTC與矢量控制不同，其以定子磁場(chǎng)定向?qū)Χㄗ哟沛満碗姶呸D(zhuǎn)矩進(jìn)行直接控制，而非通過(guò)控制電流和磁鏈等間接控制轉(zhuǎn)矩。這種方法不需要復(fù)雜的坐標(biāo)變換，可以直接在定子坐標(biāo)系上計(jì)算磁鏈和轉(zhuǎn)矩的大小，并通過(guò)磁鏈和轉(zhuǎn)矩滯環(huán)調(diào)節(jié)直接控制脈寬調(diào)制（pulse width modulation，PWM）脈寬來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的高動(dòng)態(tài)性能。基于大功率電動(dòng)輪自卸車驅(qū)動(dòng)的需求，綜合考慮器件的散熱，本文采用一種低開(kāi)關(guān)頻率（開(kāi)關(guān)頻率為500 Hz）下的DTC技術(shù)。其在低速段域采用間接定子量控制（indirect stator-quantity control，ISC）的圓形磁鏈模式；在高速段域采用十八邊形磁鏈軌跡模式。

2.1 間接定子量控制

基于六邊形的DTC技術(shù)因系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快而在大功率牽引系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。低速時(shí)，其受定子電阻壓降影響比較大，單一的非零矢量不能再保證磁鏈為六邊形且開(kāi)關(guān)頻率低而不固定，容易造成大轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。為此，A.Steimel教授提出了ISC方案［8］，其基于空間矢量脈寬調(diào)制（space vector pulse width modulation，SVPWM）算法的圓形磁鏈DTC技術(shù)，將磁鏈增量的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，使定子磁鏈沿圓形軌跡運(yùn)行（圖3）。

圖3 ISC原理框圖Fig.3 ISC control scheme

ISC控制原理為：采樣電機(jī)電流ia和ib，考慮逆變模型誤差并結(jié)合高精度電壓重構(gòu)技術(shù)，得到重構(gòu)電壓ua、ub和uc；通過(guò)全階磁鏈觀測(cè)器的電機(jī)模型，得到定、轉(zhuǎn)子磁鏈幅值|ψs|、|ψr|和轉(zhuǎn)矩Te，并根據(jù)式（1）得到前饋穩(wěn)態(tài)增量角Δθstat；給定轉(zhuǎn)矩T*e與反饋轉(zhuǎn)矩Te通過(guò)PI調(diào)節(jié)器輸出動(dòng)態(tài)增量角Δθdyn，Δθ為定子磁鏈在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的角度增量（Δθ=Δθstat+Δθdyn）；再根據(jù)磁鏈電壓的轉(zhuǎn)化關(guān)系，見(jiàn)式（2），得到經(jīng)SVPMW調(diào)制的定子電壓Usα和Usβ分量，進(jìn)而控制磁場(chǎng)繞著圓形磁鏈軌跡運(yùn)行。

式中：ωr——電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速；Tp——開(kāi)關(guān)周期。

2.2 十八邊形直接轉(zhuǎn)矩控制

牽引電機(jī)運(yùn)行在高速段域時(shí)，切換到十八邊形磁鏈軌跡（圖4）的DTC技術(shù)。其在六邊形磁鏈軌跡的基礎(chǔ)上，每個(gè)頂點(diǎn)根據(jù)不同的折角系數(shù)內(nèi)折，變?yōu)槭诉呅?。在低開(kāi)關(guān)頻率的限制下，十八邊形更接近于圓形磁鏈，能更好地解決六邊形磁鏈控制下5次和7次諧波帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及電磁噪聲問(wèn)題［9-10］。

圖4 十八邊形磁鏈軌跡Fig.4 Octagonal flux trajectory

十八邊形磁鏈軌跡DTC的控制原理如圖5所示，采樣電機(jī)電流ia和ib，結(jié)合考慮逆變模型誤差的高精度電壓重構(gòu)技術(shù)得到的重構(gòu)電壓ua、ub和uc，通過(guò)全階磁鏈觀測(cè)器的電機(jī)模型得到磁鏈分量ψsα、ψsβ和轉(zhuǎn)矩Te；將定子磁鏈ψsα、ψsβ投影到ψβa、ψβb、ψβc坐標(biāo)系上與給定磁鏈進(jìn)行磁鏈調(diào)節(jié)，選擇相應(yīng)的矢量繞著十八邊形的磁鏈軌跡運(yùn)行；轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)模塊根據(jù)開(kāi)關(guān)頻率限制所調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)矩容差，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行滯環(huán)調(diào)節(jié)，輸出相應(yīng)的零矢量，即S0（0 0 0）或S1（1 1 1），或維持原有的有效矢量，從而達(dá)到調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩大小的目的。

圖5 十八邊形磁鏈軌跡DTC控制原理Fig.5 DTC control scheme of octagonal flux trajectory

2.3 自適應(yīng)功率控制

整個(gè)電動(dòng)輪自卸車牽引特性的控制包括兩方面：柴油機(jī)發(fā)電（簡(jiǎn)稱“柴發(fā)”）系統(tǒng)的功率控制和牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。目前，大噸位的電動(dòng)輪自卸車通過(guò)柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)同軸相連的無(wú)刷勵(lì)磁同步發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電，經(jīng)三相不可控全波整流器，輸出中間直流電壓。牽引電機(jī)根據(jù)不同中間電壓等級(jí)，選擇合適的功率去輸出。自卸車運(yùn)行過(guò)程中，油門踏板頻繁變化，導(dǎo)致中間電壓處于800~1 900 V范圍波動(dòng)。柴發(fā)系統(tǒng)是一個(gè)大慣性系統(tǒng)，中間電壓調(diào)節(jié)響應(yīng)慢，當(dāng)實(shí)際電壓未達(dá)到目標(biāo)電壓值且中間電壓較低時(shí)，若后端驅(qū)動(dòng)需要比較大的功率輸出，則容易導(dǎo)致直流側(cè)輸入過(guò)流或電機(jī)顛覆保護(hù)，因此整個(gè)自卸車的牽引控制需要進(jìn)行功率自適應(yīng)匹配的控制。

自適應(yīng)功率控制原理如圖6所示，司機(jī)通過(guò)油門踏板經(jīng)ECU輸出柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁輸出電壓、勵(lì)磁調(diào)節(jié)電流和轉(zhuǎn)矩給定。由于中間電壓隨著油門踏板指令而波動(dòng)，ECU指令發(fā)出的轉(zhuǎn)矩需要經(jīng)過(guò)一定的自適應(yīng)處理。式（3）為不同電壓等級(jí)下的功率限制曲線，其對(duì)不同電壓波動(dòng)下?tīng)恳姍C(jī)額定牽引特性的外包絡(luò)線進(jìn)行處理，主要針對(duì)牽引特性的恒功區(qū)，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際電壓與標(biāo)準(zhǔn)外包絡(luò)特性下的額定電壓比值來(lái)調(diào)節(jié)功率輸出。式（4）為不同電壓等級(jí)下的轉(zhuǎn)矩限制曲線，其主要針對(duì)牽引特性的恒轉(zhuǎn)矩區(qū)，根據(jù)當(dāng)前的實(shí)際電壓與標(biāo)準(zhǔn)外包絡(luò)特性下的額定電壓平方的比值去調(diào)節(jié)功率輸出。式（5）為快速功率變化過(guò)程根據(jù)實(shí)際電壓與目標(biāo)電壓的差值做的卸力系數(shù)，目標(biāo)為當(dāng)實(shí)際中間電壓小于目標(biāo)電壓（250 V）時(shí)的輸出轉(zhuǎn)矩為零。對(duì)式（3）~式（5）的轉(zhuǎn)矩限制綜合取最小值。至此，ECU指令發(fā)出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)過(guò)自適應(yīng)控制后，在各種中間電壓波動(dòng)及輸出電壓響應(yīng)不及時(shí)的工況下，能保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行。式中：——ECU控制下的輸出轉(zhuǎn)矩；Tg_P_Const——不同電壓等級(jí)下功率限制后的轉(zhuǎn)矩包絡(luò)線；Tg_U_Const——不同電壓等級(jí)下轉(zhuǎn)矩限制后的轉(zhuǎn)矩包絡(luò)線；UN——牽引電機(jī)在柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速下的額定電壓；Ud*——?jiǎng)?lì)磁控制的目標(biāo)電壓；PN——額定功率；TN——UN下的轉(zhuǎn)矩包絡(luò)線；Ku——實(shí)際電壓下的卸力系數(shù)。

圖6 自適應(yīng)功率控制Fig.6 Adaptive power control

3 輔傳控制系統(tǒng)

輔傳系統(tǒng)前端從主傳直流側(cè)取電并將其變換成輔傳系統(tǒng)后端可用的中間直流電壓，輔傳系統(tǒng)后端利用VVVF控制策略控制各類風(fēng)機(jī)和水泵的運(yùn)行，以提供整車的散熱、冷卻服務(wù)。

3.1 輔傳前端控制

輔傳主電路拓?fù)浜?jiǎn)化示意如圖7所示。前端系統(tǒng)通過(guò)逆變器1將主傳中間直流電壓Udc1逆變成三相交流電，然后利用隔離變壓器降壓并經(jīng)不控整流器整流成直流電壓，最后經(jīng)電感器和電容器濾波，得到后端系統(tǒng)所需的中間直流電壓Udc2。為了穩(wěn)定后端中間直流電壓Udc2，前端系統(tǒng)采用電壓閉環(huán)控制策略，如圖8所示。

圖7 輔傳主電路簡(jiǎn)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.7 Simplified topology of auxiliary drive main circuit

圖8 輔傳前端系統(tǒng)控制原理Fig.8 Control principle of auxiliary drive front-end system

給定中間直流電壓與實(shí)際采樣得到的中間

直流電壓Udc2作差，經(jīng)PI調(diào)節(jié)輸出PWM所需輸入量，最終生成6路脈沖以驅(qū)動(dòng)逆變器1輸出三相交流電。由于隔離變壓器的額定頻率為400 Hz，為使逆變器1運(yùn)行在較低的開(kāi)關(guān)頻率下以減小逆變器開(kāi)關(guān)損耗，PWM生成采用方波控制方式。

3.2 輔傳后端控制

輔傳后端采用電流幅值閉環(huán)結(jié)合電壓開(kāi)環(huán)的控制策略（圖9）。后端系統(tǒng)包括2個(gè)逆變模塊以驅(qū)動(dòng)所有的輔變負(fù)載。為了方便描述，圖9中用風(fēng)機(jī)代表后端系統(tǒng)所有風(fēng)機(jī)和水泵負(fù)載，逆變器2對(duì)應(yīng)圖1中的A2模塊。

圖9 輔傳后端系統(tǒng)控制原理Fig.9 Control principle of auxiliary drive back-end system

當(dāng)風(fēng)機(jī)給定頻率f*小于f1時(shí)（一般為風(fēng)機(jī)額定頻率的60%），風(fēng)機(jī)采取電流幅值閉環(huán)控制方式；當(dāng)f*不小于f1時(shí)，風(fēng)機(jī)采取電壓開(kāi)環(huán)控制方式。電流幅值閉環(huán)控制階段，采樣得到的三相電流ia、ib和ic經(jīng)abc/dq變換，得到實(shí)際的直軸電流id和交軸電流iq。角度θ*由f*積分得到，參考直軸電流i*d和參考交軸電流i（*q根據(jù)風(fēng)機(jī)特性曲線給定）分別與id和iq作差后，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器PI控制得到直軸電壓u*d和交軸電壓u*q。之后，經(jīng)dq/αβ變 換，得 到 參 考 電 壓u*α和u*β，并 將 其 作 為SVPWM的輸入，輸出6路脈沖以驅(qū)動(dòng)逆變器2，從而控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行。電壓開(kāi)環(huán)階段，SVPWM所需的參考電壓u*α和u*β直 接 按u*α=U*cos(θ*)和u*β=U*sin(θ*)給定。

4 試驗(yàn)結(jié)果及分析

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的礦用電動(dòng)輪自卸車主輔一體牽引系統(tǒng)的有效性和實(shí)用性，對(duì)其進(jìn)行了地面組合試驗(yàn)和礦山現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。組合試驗(yàn)項(xiàng)目參照的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 25117.3—2010《軌道交通機(jī)車車輛組合試驗(yàn)第3部分：間接變流器供電的交流電動(dòng)機(jī)及其控制系統(tǒng)的組合試驗(yàn)》，礦山現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相關(guān)測(cè)試結(jié)果應(yīng)滿足JB/T 7641.1—1994《電傳動(dòng)礦用自卸車整車技術(shù)條件》及該車型技術(shù)文件要求。

4.1 地面組合試驗(yàn)

地面系統(tǒng)組合試驗(yàn)采用電機(jī)對(duì)拖的方式，兩臺(tái)被試電機(jī)由兩臺(tái)陪試電機(jī)驅(qū)動(dòng)（圖10）。被試電機(jī)參數(shù)如下：功率P=960 kW，極對(duì)數(shù)pn=3，基波頻率f0=37 Hz，定子電阻Rs=0.014 3 Ω，轉(zhuǎn)子電阻Rr=0.011 6 Ω，定子漏磁Les=0.308 5 mH，轉(zhuǎn)子漏磁Ler=0.465 9 mH，電機(jī)互感Lm=16.41 mH。被試系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際工況模擬車輛在不同電壓等級(jí)、不同速度下的牽引和制動(dòng)特性。

圖10 地面組合試驗(yàn)聯(lián)調(diào)Fig.10 Ground combination test

地面聯(lián)調(diào)牽引、制動(dòng)特性試驗(yàn)結(jié)果如圖11所示，標(biāo)準(zhǔn)牽引、制動(dòng)曲線下，牽引、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩精度均高于95%。圖12示 出 低 速 段（200 r/min）、給 定 轉(zhuǎn) 矩24 000 N·m、ISC控制下的電機(jī)電流波形。圖13示出高速段（1 250 r/min）、給定轉(zhuǎn)矩7000 N·m、十八邊形磁鏈軌跡DTC控制下的電機(jī)電流波形。可以看出，不同控制模式下，電流運(yùn)行平穩(wěn)，電流幅值一致性高。

圖11 牽引、制動(dòng)特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)Fig.11 Test data of traction and braking characteristics

圖12 ISC控制波形Fig.12 Waveforms of ISC

圖13 十八邊形磁鏈軌跡DTC控制波形Fig.13 Waveforms of DTC with octagonal flux trajectory

4.2 礦山現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

裝載了中車株洲電力機(jī)車研究所有限公司生產(chǎn)的大功率主輔一體牽引系統(tǒng)的電動(dòng)輪自卸車自投放山西平朔煤礦后，經(jīng)過(guò)牽引、制動(dòng)特性試驗(yàn)、自負(fù)荷試驗(yàn)、恒速下坡試驗(yàn)、坡起試驗(yàn)、帶速重投等項(xiàng)點(diǎn)測(cè)試，完成了空載、半載和滿載的運(yùn)行考核后，目前已編組且穩(wěn)定、可靠、無(wú)故障地運(yùn)行了3 571 h，累計(jì)31 632.4 km，運(yùn)輸量達(dá)1 445 276 t。

圖14示出整車滿載牽引加速到30 km/h后再制動(dòng)到零的過(guò)程，其整車轉(zhuǎn)矩響應(yīng)快，加減速均滿足要求。圖15示出整車滿載在坡道起步的波形，滿載以最大電流啟動(dòng)，整車不后溜。圖16為帶速重投的波形，在200 r/min下的帶剩磁快速重投，重投啟動(dòng)電流無(wú)沖擊現(xiàn)象。圖17為輔傳前端控制的中間電壓為625 V的波形，當(dāng)中間電壓Udc1從700 V上升到1 700 V再下降為700 V時(shí)，輔傳中間電壓Udc2一直穩(wěn)定控制在625 V。圖18為輔傳后端兩個(gè)模塊輸出的電流波形，從電流波形可以看出，后端輔傳2個(gè)支路的負(fù)載控制穩(wěn)定。由現(xiàn)場(chǎng)所有數(shù)據(jù)可以看出，各工況下電動(dòng)輪自卸車均能平穩(wěn)、可靠地運(yùn)行。

圖14 主傳牽引加速到減速過(guò)程Fig.14 Acceleration and deceleration process of main traction

圖15 主傳坡停起步過(guò)程Fig.15 Hill stop and start process of main traction

圖16 主傳帶速重投過(guò)程Fig.16 Resarting process at running speed of main traction

圖17 輔傳前端電壓控制過(guò)程Fig.17 Front-end voltage control process of auxiliary drive

圖18 輔傳后端負(fù)載控制過(guò)程Fig.18 Back-end load control process of auxiliary drive

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)電動(dòng)輪礦山車輔傳系統(tǒng)由柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)且不能變頻調(diào)速的問(wèn)題，研究了一種大型礦用電動(dòng)輪自卸車主輔一體牽引系統(tǒng)。其通過(guò)增加輔傳系統(tǒng)，采用電流幅值閉環(huán)結(jié)合電壓開(kāi)環(huán)的控制策略，可以變頻驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)風(fēng)機(jī)、制動(dòng)電阻風(fēng)機(jī)、水泵及變流器散熱風(fēng)機(jī)等負(fù)載，提高了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。主傳牽引系統(tǒng)控制策略在低速段采用ISC的圓形磁鏈模式，解決了低速轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)大的問(wèn)題；在高速段域采用十八邊形的磁鏈軌跡模式，解決了原六邊形磁鏈軌跡5次和7次諧波帶來(lái)的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)及電磁噪聲問(wèn)題；并針對(duì)中間電壓波動(dòng)大的問(wèn)題，提出了一種功率自適應(yīng)的控制策略，保證了牽引系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。該主輔一體牽引系統(tǒng)順利通過(guò)了地面組合試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)裝車驗(yàn)證及編組運(yùn)行，其高效性、穩(wěn)定性和可靠性得到了充分驗(yàn)證。大型礦用電動(dòng)輪礦山車采用此主輔一體牽引系統(tǒng)將成為一種趨勢(shì)，其具有重大的工程借鑒意義。