周陽　黨鋆

摘要：本文對電傳動技術(shù)的概念、電傳動系統(tǒng)的分類、特點、在工程機械上的實際運用以及今后的發(fā)展前景進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以求使更多的人可以認(rèn)識并引進(jìn)電動化技術(shù)，促進(jìn)工程機械行業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：電傳動技術(shù)；工程機械；運用

電傳動是依靠電力來傳遞動能的傳動方式，與傳統(tǒng)的機械傳動有結(jié)構(gòu)簡單、高效的特點，但是對電機的要求也相對較高。隨著大功率的電力電子器件、高效能的電動機的問世，電氣設(shè)備控制技術(shù)也得到了超前的發(fā)展，電傳動技術(shù)在我國的工程機械領(lǐng)域被應(yīng)用的越來越廣泛，其地位也越來越顯著。

1 電傳動技術(shù)概述

電傳動技術(shù)指的是利用電動機驅(qū)動交通運輸車輛或者生產(chǎn)機械等設(shè)備運行的技術(shù)，通過把電能向機械能的轉(zhuǎn)化來實現(xiàn)能量之間的轉(zhuǎn)換。其中電能可以以蓄電池、內(nèi)燃機組或者電網(wǎng)的形式出現(xiàn)，電動機與動力源通過軟連接進(jìn)行了解，可以使傳動系統(tǒng)不受空間布置的約束。電動機、工作機構(gòu)、傳動機構(gòu)、控制設(shè)備以及電源等共同組成了電傳動系統(tǒng)。從20世紀(jì)初的第二次工業(yè)革命，電動機問世并開始被利用開始，電傳動技術(shù)一直在應(yīng)用中得以更新和升級，如今伴隨著高結(jié)溫、大電流、耐高壓、高頻率的模塊化、復(fù)合型的電力電子器件的問世，還有交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)塊發(fā)展，電傳動系統(tǒng)也在朝著智能化和大功率的方向發(fā)展。

2 電傳動系統(tǒng)類型

電傳動系統(tǒng)按照電能轉(zhuǎn)化的不同形式可以分為直一直電傳動系統(tǒng)、交一直電傳動系統(tǒng)、交一直一交電傳動系統(tǒng)和交一交電傳動系統(tǒng)。其中直一直電傳動系統(tǒng)指的是將直流發(fā)電機發(fā)出的直流電傳輸給直流電動機的系統(tǒng)，在直一直電傳動系統(tǒng)中不存在任何功率轉(zhuǎn)換的裝置。通常是采用對發(fā)電機電勢即電動機電樞端點和電動機勵磁等的改變來進(jìn)行調(diào)速，而且調(diào)速精度較高。交一直電傳動系統(tǒng)是指交流發(fā)電機一直流電動機系統(tǒng)，是通過整流器對交流發(fā)電機發(fā)出的三相交流電進(jìn)行整流逆變成直流電，再將直流電傳輸給直流電動機。這種系統(tǒng)的維修較為簡便，運行也比較可靠。交一直一交電傳動系統(tǒng)指的是交流發(fā)電機一整流器一交流電動機系統(tǒng)，通過整流器和逆變器將交流發(fā)電機發(fā)出的三相交流電整流逆變?yōu)榭烧{(diào)頻率的三項交流電，以實現(xiàn)對交流電機的驅(qū)動，是目前應(yīng)用最為廣泛的電傳動系統(tǒng)。交一交電傳動系統(tǒng)指交流發(fā)電機一交流電動機系統(tǒng)，通過交一交變頻器將由交流發(fā)電機發(fā)出的三相交流電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成為電壓和頻率都不相同的交流電后再傳送到交流電動機。

3 電傳動系統(tǒng)的特點

與傳統(tǒng)的機械傳動相比，電傳動系統(tǒng)自身的零部件較少，結(jié)構(gòu)簡單。減少了許多中間環(huán)節(jié)，傳動鏈相對較短，因此能夠降低機械的磨損程度，提高傳動的效率。另外，電傳動系統(tǒng)的響應(yīng)速度很快，有較好的調(diào)速性能，從零轉(zhuǎn)速向額定轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)換所用的時間較短，擁有無極變速的優(yōu)勢，不僅能夠提高驅(qū)動能力，還能使交通運輸車輛和機械設(shè)備運行得更加平穩(wěn)，使得運行成本降低，對其進(jìn)行的維護(hù)也更加便捷。各個類型的電傳動系統(tǒng)的特點如下：

4 電傳動技術(shù)在工程機械上的運用

工程機械大多是移動式設(shè)備，其中最重要的系統(tǒng)是工作驅(qū)動系統(tǒng)和行走驅(qū)動。以往常用液力傳動、機械傳動等傳動方式。但是由于工藝水平、材料、技術(shù)等諸多條件的限制，在以往傳動方式的運行中存在著許多問題，更加上如今高效率、高功率密度電力電子器件的發(fā)展，對傳動技術(shù)的要求變得日益嚴(yán)格。使得電傳動技術(shù)得以在工程機械中應(yīng)用開來。

4.1 電傳動行走系統(tǒng)

電傳動系統(tǒng)中減少了液力變矩器、離合器、傳動抽、后橋主變器和變速器等容易受損的部件，結(jié)構(gòu)相比傳統(tǒng)的機械一液力傳動的行走系統(tǒng)得到了簡化，使傳動裝置的壽命和可靠性都得到了提高。大噸位礦用自卸車、履帶推土機和大功率平地機等工程機械都采用了電傳動行走系統(tǒng)。

上圖為典型的工程機械電傳動行走驅(qū)動系統(tǒng)的框圖。發(fā)動機通過對三項交流電發(fā)電機的驅(qū)動，使之發(fā)電，并將三相交流電傳輸給功率電子設(shè)備，通過功率電子設(shè)備的整流和逆變，將三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)頻率的三項交流電再傳輸給交流牽引電機，使之驅(qū)動履帶或者輪胎，實現(xiàn)工程機械的行走?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)指令控制工程機械的啟動、前進(jìn)、后退、停止等功能。而且控制系統(tǒng)還可以實時的掌握機械負(fù)載變化的情況，以做出調(diào)整，改善柴油機的工作狀況，讓系統(tǒng)更加高效、節(jié)能。

4.2 電傳動工作系統(tǒng)

上圖為典型的工程機械電傳動工作系統(tǒng)的框圖。工程機械一般會采用自帶的發(fā)動機帶動發(fā)電機運行從而發(fā)電，發(fā)電機將產(chǎn)生的三相交流電傳輸?shù)焦β孰娮友b備中。通過功率電子裝置對三相交流電進(jìn)行整流和逆變，使之成為可調(diào)頻率的三相交流電并傳輸給各個交流工作電機，以驅(qū)動工作機構(gòu)進(jìn)行作業(yè)。可是有一些機械自身并不帶有發(fā)動機和交流發(fā)電機，因此需要利用外部的三相交流電作為源動力，將外部的三相交流電傳輸?shù)焦β孰娮友b置中，通過功率電子裝置進(jìn)行整流和逆變后在傳輸給工作電機，由工作電機帶動工作機構(gòu)進(jìn)行作業(yè)?？刂葡到y(tǒng)可以根據(jù)質(zhì)量，對功率電子裝置的輸出進(jìn)行控制，以實現(xiàn)機械的啟動、回轉(zhuǎn)、停止、裝卸和升降功能，同時還可以根據(jù)設(shè)備中各個系統(tǒng)的工作狀態(tài)，進(jìn)行實時的顯示、預(yù)警和保護(hù)。

5 電傳動技術(shù)在工程機械上的應(yīng)用實例

上圖為某型10m²正鏟挖掘機電傳機系統(tǒng)的主電路圖，其中的工作系統(tǒng)和行走系統(tǒng)都是采用電傳動的方式，屬于典型的交一直一交變流系統(tǒng)?？煽毓枵鲗⑼獠咳椊涣麟娹D(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姾髮⑵鋫鬏數(shù)街绷髂妇€排中，利用直流母線排分別將直流電傳輸?shù)侥孀兤?、逆變器2和逆變器3中。行走系統(tǒng)分別通過逆變器1和逆變器2將電流供應(yīng)到行走電機1和行走電機2中。并通過這兩個行走電機驅(qū)動挖掘機左、右履帶進(jìn)行作業(yè)。在正鏟挖掘機進(jìn)行裝卸作業(yè)時，會有升降、推壓回轉(zhuǎn)等動作，這時工作系統(tǒng)就通過2臺提升電機、1臺推壓電機、和2臺回轉(zhuǎn)電機進(jìn)行驅(qū)動。系統(tǒng)一共設(shè)置了三組逆變器，因為挖掘機分為工作時步行走和行走時不工作等多種狀態(tài)，因此逆變器1和逆變器2屬于提升推壓工作系統(tǒng)和行走系統(tǒng)所公用的逆變器。根據(jù)挖掘機的不同狀態(tài)可以切換到不同的驅(qū)動電機。例如在進(jìn)行推壓和提升工作時，就會切換到推壓和提升電機。這時的行走電機就會斷電。當(dāng)機械要進(jìn)行回轉(zhuǎn)動作時，2臺回轉(zhuǎn)電機就會同時進(jìn)行驅(qū)動，共用一組逆變器?？煽毓枵骱突仞亞卧鹬鞯淖饔茫谙到y(tǒng)進(jìn)行制動時，驅(qū)動電機就會處于再生發(fā)電的運行狀態(tài)，通過回饋單元使再生功率回饋到交流電網(wǎng)上去。

上圖是某型六輪獨立驅(qū)動平地機電傳動主系統(tǒng)的電路圖，其中行走系統(tǒng)采用的是電傳動，工作系統(tǒng)采用的是液壓傳動，這是一個典型的交一直一交變流系統(tǒng)。三項全橋不控整流將交流發(fā)電機傳輸?shù)娜椊涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電傳輸給直流母線排。之后經(jīng)由6臺逆變器和輪邊減速機構(gòu)將直流電分配給各個輪邊電機。當(dāng)慣性動能通過做功驅(qū)動電機工作進(jìn)行發(fā)電時，電能會回饋到直線母線排中，并經(jīng)過制動電阻，將電能以熱能的形式消耗掉，從而實現(xiàn)下坡減速。

6 電傳動技術(shù)在工程機械領(lǐng)域的應(yīng)用前景

（1）最早應(yīng)用電傳動技術(shù)的是內(nèi)燃機車，之后電動機技術(shù)便在艦船、重型運輸車輛等領(lǐng)域被廣泛運用。如今，絕緣柵雙極晶體管等大功率、高效能的電力電子器件逐漸問世，變流控制技術(shù)也得到了空前的發(fā)展，使得高速鐵路動車組和鋒利發(fā)電等領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)也迎來了發(fā)展的高峰期，這些技術(shù)也一定會推動工程機械領(lǐng)域。電傳動技術(shù)的快速發(fā)展。

（2）如今人們的環(huán)保意識在逐漸提高，對改變以往以犧牲環(huán)境為代價的經(jīng)濟(jì)發(fā)揮在那模式的呼聲越來越強烈，節(jié)能減排已經(jīng)成為當(dāng)下以及今后我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所要追求的目標(biāo)，成為所有企業(yè)都要致力的發(fā)展方向。我國工程機械大部分都是使用燃料作為動力的，因此提高工程機械的燃料利用效率，或直接采用更為綠色環(huán)保的新型能源成為可節(jié)能減排目標(biāo)的最有效的方法。因此對電力或者柴電混合動力進(jìn)行利用的電傳動技術(shù)必定會成為未來我國工程機械發(fā)展的主要方向。

（3）每一個工程建設(shè)都在追求以最少的成本收獲最多的效益，要想實現(xiàn)低成本、高效益的目標(biāo)，將工程機械大型化是不二選擇。被大型化后的電機采用調(diào)控技術(shù)可以使節(jié)能效果大大提高，使用經(jīng)濟(jì)的、技術(shù)嫻熟的電傳動方式一定會成為大型機械對傳動方式的第一選擇。例如在前幾年，170t、150t、120t級的礦用電動輪自卸卡車是市場上銷售最為紅火的產(chǎn)品，可是如今市場上最受歡迎的是190t、220t、290t級的礦用電動輪白卸卡車，而且如今最大的礦用電動輪自卸卡車已經(jīng)達(dá)到了400t級。

7 小結(jié)

由于電傳動技術(shù)工作效率高，調(diào)速性能好等特點，使得其在我國工程機械領(lǐng)域得到了普遍的重視和引用，隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，電傳動技術(shù)還將得到不斷更新和升級，它的應(yīng)用前景是十分廣闊的。