电动车轮毂电机及其电传动系统简析

1/电动车轮毂电机及其电传动系统简析雷王宏永济电机厂内容摘要：介绍了美国德莱赛公司170D电动车（电动轮卡车）的电传动系统，并对其轮毂电机、谐波同步发电机这两个大部件的结构特点作了简要分析。关键词：电动车轮毂电机发电机EV一、前言目前，在我国山西平朔安太堡露天煤矿，因其特殊的作业形式，煤的运输周转是使用大吨位运煤装卸卡车，这些卡车为进口美国德莱赛公司的电动车（型号有170D等几种），载重量达150吨，时速最高可达30公里/小时，这在我国目前还是独一无二。电动轮卡车外形像一辆大翻斗汽车，其牵引传动控制系统与一般内燃机车的有很大相似之处，但又有特殊性，特别是其特有的电动轮胎别具特色，笔者在此结合对776电动轮大修中遇到的部分零部件实物，并结合对搜集的一些零散外文资料的阅读和规整，对它们作以简要系统的介绍，以供同行共同探讨。二、传动控制系统1.系统分析2/整个车的动力来源为燃油发动机，主要有美国的卡特发动机、康明斯发动机等几种型号。我们以170D车为例，其装配的传动控制系统均为美国GE公司的配套装置，有关发动机、发电机、电动轮，整流控制柜等的布置示意图如下：系统硬件布置示意图1----发动机2----发电机3----整流及控制柜4----电阻制动柜5----电动轮6----风机由示意图可见，发动机---同步发电机机组安装在司机室下方，维修时可整体由卡车前方出入，电动轮分别安装在翻斗下方左右两侧，司机室的后面是电气控制柜。实际上，在翻斗下方的中部还安装有液压系统，液压泵在中间，其两侧为油箱，液压系统主要是控制翻斗箱的起落，在此不予赘述。3/卡车制停时，司机可通过脚踏板控制刹车盘，其安装在电动轮换向器端（结构示意图见后），同时也可借助电阻制动协助卡车制停。卡车的快慢是司机通过脚踏板控制发动机油门，调节发动机转速，进而调节发电机电压，最终调节电动轮转速（原理见后），进而间接控制车速。2.传动系统原理图原理示意图如下：其中：ALF------------同步发电机RD--------不控整流桥AFSE----------可控整流桥MFSE-----可控整流桥M1、M2------电动轮电机BM---------风机电机RG1、RG2---制动电阻REV--------方向开关由上图可知，两个直流电动机为串联联接，这与进口8K车牵引电机、上海地铁1号线地铁207KW牵引电机的使用有4/些相似之处，属于西欧80年代末期的先进技术。其优点是：相对两台电机并联说，无论轮胎外径有偏差，还是两台电机特性有差别，均可得以补偿，使得两台电机的力矩接近，从而充分发挥牵引粘着力。当然，其缺点是易于发生空转，这需要通过灵敏的电子防空转进行检测预防。两个电动轮均为他励运转。发电机主绕组经过不控整流桥RD为电动轮主回路提供电源。谐波绕组T13-T14经过单相可控整流桥AFSE整流后为自身励磁。谐波绕组T15-T16经过单相可控整桥MFSE整流后为电动轮他励绕组供电。卡车的前进后退，是通过操作开关REV，改变电动轮两端电压方向，进而改变电动轮转向，最终达到控制卡车方向。风机BM是在电阻制动工况下借助电阻箱的电压降运转，以冷却制动电阻，控制设计上与机车一样，也有延时继电器。两个可控整流桥的控制信号来自电动轮转速、回路电流、过载信号等等，主要是一方面实现安全保护，另一方面实现电动轮恒功运行。5/三、同步发电机为170D车配套的发电机型号为GTA22，该电机是5GT系列（有5GTA15、5GTA18、5GTA24等等）电机中与众不同的一种发电机，其独特之处是采用3次谐波励磁。1、有关技术参数如下：额定电压1000V最高电压1200V额定转速1875rpm最高转速2520rpm相数m=3极数2p=8主绕组联接形式Y形额定励磁电流85A谐波绕组T13－T14电压165～175V谐波绕组T15－T16电压238～250V整机质量3000kg2、结构参数槽数Z=726/主绕组节距y=1～9谐波绕组节距y=1～3主绕组每相并联支路数a=8谐波绕组每相并联支路数a=13、结构简介该电机转子磁极为T尾固定装配，该电机定子里有三套绕组，主绕组和两套辅助绕组。主绕组为双层迭绕组，辅助绕组采用3次谐波绕组，绕组为单层绕组。每组谐波绕组由32根槽导体串联而成，槽导体采用罗贝尔线棒绕成（即换位线圈），这主要是用以解决高频电流产生的集肤效应，通过槽内导线换位使导线中的环流得以削弱，减少损耗。采用谐波绕组的好处是：省掉一台励磁机，可节省空间，降低制造成本，同时减少了维修量；其次，就整流方式提供直流电源而言，相对的直流脉动量很小；另外，利用可控整流桥可方便的实现各种控制需求。四、电动轮牵引电机7/GE776电动轮产品系列中共有120多种型号规格，其代号格式举例说明如下：5GE776-E-2A设计序号（如2、2A、2B、3、3A等）型号（如A、B、C、AS、BS、CS等）产品种类（如5GE776、5GE787、5GE788等）目前，在我们大修的主要为5GE776KS1A。电动轮有串励和他励两种，170D车使用他励型电动轮电机。1、主要技术参数如下：额定电压500V最高电压1000V牵引工况转子最大电流1000A制动工况转子最大电流1320A极数4每排电刷数量3电刷型号GE公司T900型8/电机质量7000kg典型工况参数：电压电流转速励磁电流350V900A694rpm230A800V394A2750rpm60A2、结构介绍1-----齿轮罩2------转子3------太阳轮4-----行星大齿轮5-----轴承6------行星小齿轮7------车盘8-----螺钉9――轴承10――轮毂轴承11――磁极装配12――制动盘13――机座14――轮毂15――轮胎16――扭力管如上边示意图所示，电动轮转子为双轴伸，左端套有太阳轮，右端套有制动盘，其联接方式均为花键联接。9/电动轮的转子通过太阳轮啮合行星大齿轮，行星大齿轮与行星小齿轮为同轴装配，行星小齿轮啮合扭力管（为内齿齿轮），扭力管与轮毂为螺钉联接，这样，轮毂就带动轮胎转动，轮毂通过轮毂轴承装配在机座外周，机座通过螺钉8与车盘7联接。由图可见，电动轮机座固定到翻斗箱下部的车盘上后，呈悬臂梁结构。从大修情况看，轮毂轴承不同程度有磨损现象，一般直径方向尺寸磨损在0.2～0.6不等，通过涂镀或焊修进行修复。而大修故障中，故障较多的是转轴太阳轮端花键位置尺寸变小，往往是换轴。此外，换向器尺寸磨损超限度、电枢线圈烧损较多，行星齿轮更换也不少。五、结束语170D电动轮自卸卡车就是一台功能较完整的内燃机电传动系统，这种系统功能移植在卡车上很值得我们学习，目前国内湘潭电机厂已开始这种卡车的部分国产化生产，我厂在776电动轮转子、主极线圈制造等方面已经实现国产化，完全可以与进口产品互换。10/参考文献：[1]2.MOTORIZEDWHEELDRIVESYSTEMS（GE公司）[2]连级三，《电力牵引控制系统》