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基于超级电容的自卸车交流传动系统研究.pdf
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1、船电技术|应用研究 Vol.43 No.06 2023.06 60 基于超级电容的自卸车交流传动系统研究基于超级电容的自卸车交流传动系统研究 梁金成1,闫小宇2,张文进2,代 科3(1、2.株洲变流技术国家工程研究中心有限公司,湖南株洲 412001;3.武汉船用电力推进装置研究所,武汉 430064)摘 要:分析了回收和利用制动能量是提高自卸车运行经济性的重要手段。介绍了超级电容具有快速充放电、寿命长、比功率髙等优点,适用于自卸车制动能量回收。针对研究的载重 90 吨电动轮自卸车,开展了自卸车路况和工况实测分析研究,完成了基于超级电容的传动系统设计研究。构建了基于直接转矩控制的传动系统控制策
2、略,进行了样车和传动系统的地面滚动台架试验。试验结果证明了系统设计和控制策略的有效性,为后续开展工程化应用打下基础。关键词:电动轮自卸车 超级电容 直接转矩控制 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1003-4862(2023)06-0060-04 Research of mining truck AC drive system based on ultra-capacitor Liang Jincheng1,Yan Xiaoyu2,Zhang Wenjin2,Dai Ke3(1,2.National Engineering Research Center of Converte
3、rs Co.Ltd.,Zhuzhou 412001,Hunan,China;3.Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion,Wuhan 430064,China)Abstract:It is analyzed in the paper that recycling the braking energy is an important way to improve the mining truck operating economy.The Ultra-capacitor is fit for recycling the braking energ
4、y of mining trucks,due to the long life,fast charge-discharge,and high power of unit weight.For the 90t pay-load mining truck,the paper researches the road and work condition,and the AC drive system Based on Ultra-capacitor is designed.Control system based on direct torque control is constructed,and
5、 the truck and AC drive system are tested on the Roller Test Rig.The results show the validity of the system design and control strategy,which lays the foundation for future applications.Keywords:mining truck;ultra-capacitor;direct torque control(DTC)0 引言引言 电动轮自卸车是露天矿山的重要运输设备,承担矿石、土方的运输工作,其运行工况存在坡度大
6、、下坡时制动能量巨大的特点。回收和利用制动能量,提高自卸车的运行经济性,是当前电动轮自卸车领域的研究重点之一。自卸车储能装置主要有电池和超级电容。文献1设计了变速箱和电机一体化的混合动力变速箱,锂电池回收制动能量。文献2构建了串联式混合动力系统,采用电池回收储能装置,构建粒子群优化模糊规则的控制方式。电池有寿命短、比功率小、不能承受瞬时大电流冲击等缺点,而 收稿日期:2023-03-16 作者简介:梁金成(1983-),男,工程师。研究方向:电力电子及交流传动。E-mail: 超级电容具有快速充放电、寿命长、比功率髙等优点3,适用于短时制动能量大的场合,已经在城市交通领域进行应用4。对于 20
7、0 吨级自卸车,国外学者采用超级电容回收制动能量,并对应地调节发动机状态5;国内有学者采用改进遗传算法对存储自卸车制动能量的超级电容容量进行优化6。针对研究的载重 90 吨电动轮自卸车,本文进行了路况和工况分析,研究超级电容回收能量的传动电路拓扑,完成了基于超级电容的传动系统设计研究,构建了基于直接转矩控制的传动系统控制策略,进行了地面台架试验,试验结果证明了系统设计和控制策略的正确性、有效性。1 系统设计系统设计 Vol.43 No.06 2023.06 船电技术|应用研究 61 M1M61.1 自卸车路况、工况 矿山作业道路的特点是坡度大、路面状况差且复杂多变、呈螺旋状而导致转弯多;自卸车
8、运行于长上坡、长下坡的工况,是典型的单程承载周期作业制。不同的矿山,道路条件、工作周期各不相同,因此,必须根据具体的路况、工况来研究自卸车储能装置。在此基础上,按照路况条件、自卸车总体技术要求,将整车的总体技术性能要求转化为电驱系统及其部件的技术要求,开展技术设计。针对研究的自卸车及路况,在矿山采集了一个完整工作周期内功率变化曲线,如图 1 所示;由此可见,自卸车运行过程存在启停频繁、牵引制动工况随机变换、制动功率远大于牵引功率、工作周期不固定、存在重载下坡等特点。图 1 自卸车作业周期功率曲线 基于图 1 实际路况数据,将等待装载、满载平路、满载下坡、卸载、空载爬坡、返回装载点等路段,折段等
9、效的方法进行工程简化,得到各种工况、路况下的运行时间。1.2 传动系统拓扑 本文的自卸车电驱系统如图 2 所示,采用六轮驱动。超级电容先串后并,充电电路用于逆变单元电容的缓冲充电,断路器用于隔离超级电容与逆变单元,快速放电电阻用于故障或维护时对电容进行快速放电。逆变单元为三相两电平结构,每个逆变单元驱动一个牵引电机。还设置了辅助逆变器,用于驱动液压、冷却系统的辅助电机。图 2 基于超级电容的传动系统拓扑 充电桩设置于坡顶装载点,自卸车运行过程中,在等候装载时进行快速充电,充电量满足自卸车满载到达下坡点的要求,重载下坡时回收全部制动能量;回收的制动能量满足矿车返回装载点的要求。充电策略利用自卸车
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