淺談電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件與方法

侯 銳

(長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，吉林 長春 130011)

隨著科技日新月異的發(fā)展，自動(dòng)化的生產(chǎn)水平和能力也發(fā)生了翻天覆地的變化，而電力拖動(dòng)系統(tǒng)中的安全性和控制性也在工業(yè)生產(chǎn)的工程中受到越來越多的關(guān)注，電力拖動(dòng)系統(tǒng)所帶來的各種優(yōu)點(diǎn)也被人們所發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在的工業(yè)生產(chǎn)對(duì)電力拖動(dòng)的應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。

一、電力拖動(dòng)系統(tǒng)

1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的概念

在電力推動(dòng)系統(tǒng)中，假設(shè)其原來是在同一個(gè)運(yùn)動(dòng)速度中進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)的，當(dāng)受到負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化和電源電壓的變化時(shí)，而系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變大或變小的改變，改變了原先自己的轉(zhuǎn)速，打破了原有的平衡狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)將產(chǎn)生新的轉(zhuǎn)速，并且能持續(xù)一段時(shí)間，之后由新的轉(zhuǎn)速所帶來的新的平衡狀態(tài)，從而使工業(yè)生產(chǎn)進(jìn)行新的運(yùn)行，這就說明該系統(tǒng)的運(yùn)行是非常穩(wěn)定的。或者是負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化和電源電壓的變化所帶來的副作用消失了，新的轉(zhuǎn)速又變成了原有的轉(zhuǎn)速，而電力拖動(dòng)系統(tǒng)又恢復(fù)了正常的運(yùn)行，也可以說明該系統(tǒng)的運(yùn)行是非常穩(wěn)定的。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩的變化和電源電壓的變化所帶來的副作用消失了，電力推動(dòng)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速卻無限的上升或者無限的下降，這就證明該系統(tǒng)的運(yùn)行是不穩(wěn)定的。

2.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的工作原理

電力拖動(dòng)系統(tǒng)方向的判斷是以電動(dòng)機(jī)在沒有任何障礙和干擾的情況下，如果還能正常旋轉(zhuǎn)，那么旋轉(zhuǎn)方向就判定為正方向。當(dāng)電磁的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速所形成的方向與電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)完全方向一致時(shí)，則規(guī)定為正，同理旋轉(zhuǎn)方向完全不一樣則規(guī)定為負(fù)。以此為基準(zhǔn)，就可以判斷出電力拖動(dòng)系統(tǒng)當(dāng)時(shí)的加速、減速和恒速的運(yùn)動(dòng)狀況。

電力拖動(dòng)系統(tǒng)中主要是用電氣設(shè)備來進(jìn)行控制的，而這種控制也可以用自身電器保護(hù)這種形式來表達(dá)，除此之外的安全保護(hù)、運(yùn)行連鎖和信息顯示等其他方面都是用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制和運(yùn)行的。用計(jì)算機(jī)來對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制和運(yùn)行還有許多種不同的辦法，這些辦法主要用編寫程序、畫面操作和邏輯運(yùn)算等步驟來進(jìn)行，比如在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，儀器操作步驟和其設(shè)備是沒有任何關(guān)聯(lián)，用戶通過計(jì)算機(jī)把儀器和設(shè)備系統(tǒng)連接到一起，這樣不僅使編程容易，還能方便了解各個(gè)系統(tǒng)的組成形態(tài)，瞬間提升了系統(tǒng)的安全性和可靠性。

3.負(fù)載的機(jī)械性和過渡

負(fù)載的機(jī)械特性可分為風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載和恒功率負(fù)載。負(fù)載在電動(dòng)機(jī)上的應(yīng)用率非常廣泛，所以為了完善電力拖動(dòng)系統(tǒng),就必須先對(duì)負(fù)載進(jìn)行了解。首先要熟練地知道風(fēng)機(jī)泵類負(fù)載、恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載、恒功率負(fù)載和負(fù)載方程式，其次要清楚地了解負(fù)載的曲線圖，結(jié)合所學(xué)的動(dòng)力學(xué)對(duì)負(fù)載進(jìn)行分析，分析出負(fù)載的運(yùn)動(dòng)過程，也就是負(fù)載的特性。

當(dāng)過渡受到外圍環(huán)境所干擾或人為原因所干擾時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的參數(shù)就會(huì)發(fā)生變化，那么電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定就會(huì)被破壞。為了保證電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定，要明確按照電動(dòng)機(jī)機(jī)械性產(chǎn)生變化來確定過渡的運(yùn)行。

4.電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)分成安裝方式和防護(hù)方式兩種，其中安裝方式又分成立式和臥式，防護(hù)方式又分成封閉式、開啟式、防爆式和防護(hù)式。

電動(dòng)機(jī)的工作可以用連續(xù)工作制來表達(dá)，但絕大多數(shù)情況是，電動(dòng)機(jī)的工作形式和生產(chǎn)機(jī)械是相同的，都是從周期斷續(xù)工作制、連續(xù)工作制和短期工作制這三個(gè)方面進(jìn)行選擇的。

電動(dòng)機(jī)的好與壞是決定電力拖動(dòng)系統(tǒng)的成敗，也是電力拖動(dòng)系統(tǒng)最為關(guān)鍵和重要的步驟，因此電動(dòng)機(jī)的選擇要慎重，必須要參考電動(dòng)機(jī)本身和周圍所有的數(shù)據(jù)來選擇，比如電動(dòng)機(jī)的功率、電動(dòng)機(jī)的類型、所需電動(dòng)機(jī)的數(shù)量、電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和電動(dòng)機(jī)的額定電壓、電動(dòng)機(jī)的電流等。在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，還要考慮它的價(jià)格、質(zhì)量、維修和構(gòu)造等這幾個(gè)方面。

電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造、機(jī)械的能力和形式，必須完全按照生產(chǎn)要求進(jìn)行生產(chǎn)，做到機(jī)械的類別、形式、負(fù)載條件完全相同并且相互吻合，只有滿足此條件才可以保證電動(dòng)機(jī)的質(zhì)量合格、機(jī)械運(yùn)行正常，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)發(fā)揮出最完美的作用和效果，使電動(dòng)機(jī)可以在有效的距離內(nèi)實(shí)施監(jiān)控和啟動(dòng)。在生產(chǎn)運(yùn)行的過程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的容量是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，我們在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)應(yīng)當(dāng)重視起來。電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)所要求的周圍環(huán)境也是非常重要的，需要溫度慢慢地提升或者接近規(guī)定的溫度值。在現(xiàn)實(shí)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)過程中，往往達(dá)不到理想的溫度值，這就導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行時(shí)的機(jī)械散熱作用和拖動(dòng)負(fù)載作用不能發(fā)揮出最大的效果。在選擇電動(dòng)機(jī)的容量時(shí)，必須要能正確地判定額定功率的值，但在現(xiàn)實(shí)環(huán)境的影響下，額定功率總是變得異常艱難，這就要求我們要熟知并掌握電動(dòng)機(jī)相關(guān)的依據(jù)和相關(guān)的理論，并通過合理的分析和試驗(yàn)。電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和使用數(shù)據(jù)來決定的，比如，在一個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中啟動(dòng)和制動(dòng)的次數(shù)較少時(shí)，就可以用技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面來選擇電動(dòng)機(jī)，而一個(gè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中啟動(dòng)和制動(dòng)的次數(shù)較多時(shí)，就可以用儲(chǔ)蓄量來選擇電動(dòng)機(jī)。

5.安全保護(hù)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)最不能忽略的問題便是安全保護(hù)，它可分為電器保護(hù)和計(jì)算機(jī)保護(hù)。電器保護(hù)是最簡單的也是最基礎(chǔ)的，又可以成為短路保護(hù)、熱保護(hù)、過流保護(hù)和欠電壓保護(hù)等。短路保護(hù)就是防止因電流的短路，導(dǎo)致一些絕緣電氣設(shè)備受到機(jī)械上的故障或損壞的狀況，或者制止在電流所產(chǎn)生的電動(dòng)應(yīng)力作用下，使電動(dòng)機(jī)的繞線、延伸電路的繞線和其他零件、設(shè)備受到故障或損壞。熱保護(hù)就是防止因電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行時(shí)間過長，或電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行超載時(shí)間過長所產(chǎn)生出來大量的熱量的情況，因?yàn)檫@些熱量使繞線溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了所規(guī)定的正常溫度的范圍，最終會(huì)破壞電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，或使電動(dòng)機(jī)沒有辦法正常進(jìn)行工作。過流保護(hù)就是防止電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行前出現(xiàn)不能準(zhǔn)確啟動(dòng)，或者電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行前負(fù)載過大所形成的電流量會(huì)破壞傳動(dòng)機(jī)的零件，使電動(dòng)機(jī)受到故障或損壞的狀況。欠電壓保護(hù)就是防止電動(dòng)機(jī)的電源電壓降得太低，使電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)速也慢慢地降低甚至停止運(yùn)行，造成設(shè)備的電氣泄漏，電路受到故障或損壞的情況。

二、電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行方法的分析

1.系統(tǒng)的穩(wěn)定性

負(fù)載轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)在慣性的作用下使轉(zhuǎn)速慢慢變大或者慢慢變小，又因?yàn)殡姌须娏骱碗姶诺霓D(zhuǎn)矩沒有變化，產(chǎn)生電動(dòng)機(jī)在全新的一個(gè)速度點(diǎn)上變得穩(wěn)定，假設(shè)把電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)成是上升的，那么電磁的轉(zhuǎn)矩就會(huì)不斷下降，電樞電流也會(huì)不斷下降，直到形成一個(gè)能滿足所有條件的速度點(diǎn)，并按新的速度繼續(xù)穩(wěn)定地運(yùn)行。當(dāng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生新的穩(wěn)定點(diǎn)后，同時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩也發(fā)生變化，那么負(fù)載轉(zhuǎn)矩會(huì)慢慢變回了原有的速度，而電動(dòng)機(jī)在慣性的作用下轉(zhuǎn)速也慢慢地恢復(fù)，又因?yàn)殡姌须娏骱碗姶诺霓D(zhuǎn)矩沒有變化，所以電動(dòng)機(jī)在新的速度穩(wěn)定后，又變回了原有的速度點(diǎn)。

2.穩(wěn)定運(yùn)行的條件和分析方法

通過對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的分析我們可以得出，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定點(diǎn)、在電動(dòng)機(jī)機(jī)械性轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定點(diǎn)與負(fù)載機(jī)械性轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定點(diǎn)，所交叉的轉(zhuǎn)速點(diǎn)是不同的。也可以說，電動(dòng)機(jī)機(jī)械性轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定點(diǎn)與負(fù)載機(jī)械性轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定點(diǎn)，這兩者的變化基本不能影響電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定點(diǎn)。由此得出，電動(dòng)機(jī)機(jī)械性轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定點(diǎn)與負(fù)載機(jī)械性轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定點(diǎn)，是電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定點(diǎn)必要條件。

通過對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的代數(shù)法和圖解法分析，可以得出以下分析方法和分析過程：第一，在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)機(jī)械性和負(fù)載機(jī)械性存在著相同的特性。第二，通過對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的條件和對(duì)原有的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，可以知道電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和它的運(yùn)行狀態(tài)。第三，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是在沒有任何障礙干擾的情況下進(jìn)行的，如果發(fā)生了干擾，通過對(duì)原有數(shù)據(jù)和現(xiàn)有數(shù)據(jù)的分析，能得出新的負(fù)載轉(zhuǎn)速和電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)據(jù)。第四，通過對(duì)過渡和沿線所經(jīng)過的電動(dòng)機(jī)機(jī)械性的分析，可以得出當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定沒有被破壞時(shí)，電磁的轉(zhuǎn)矩是根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定的。第五，過渡是按照電動(dòng)機(jī)機(jī)械性所運(yùn)行的，當(dāng)電磁轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)矩互相影響彼此大小時(shí)，電動(dòng)機(jī)機(jī)械性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩的交叉處產(chǎn)生新的穩(wěn)定點(diǎn)。第六，按照電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的要求，對(duì)過渡的特殊點(diǎn)和重要段做出分析。

從物理方向來看，電動(dòng)機(jī)機(jī)械性穩(wěn)定點(diǎn)與負(fù)載機(jī)械性穩(wěn)定點(diǎn)在同一點(diǎn)，而電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定點(diǎn)在另外一點(diǎn)，由此得出負(fù)載轉(zhuǎn)矩的機(jī)械性倒數(shù)要大于電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性所形成的倒數(shù)。

例如，在下坡時(shí)電力機(jī)車的電力拖動(dòng)系統(tǒng)：第一，確定電動(dòng)機(jī)機(jī)械性和負(fù)載轉(zhuǎn)矩機(jī)械性在同一個(gè)坐標(biāo)里，假定電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方向?yàn)檎较?，?dāng)電力機(jī)車在水平路段上運(yùn)行時(shí)，負(fù)載機(jī)械性變?yōu)橐驗(yàn)橹亓δΣ亮Χa(chǎn)生的阻隔恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩。第二，通過對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的分析，得出電力機(jī)車穩(wěn)定點(diǎn)的數(shù)據(jù)。第三，在所得到的電力機(jī)車穩(wěn)定點(diǎn)上，確定電力機(jī)車的正方向。第四，在下坡運(yùn)行的電力機(jī)車，雖然可以排除自身穩(wěn)定點(diǎn)的任何障礙和干擾，但避免不了因?yàn)橄缕滤鶐淼闹亓Ψ纸?，所以在下坡時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩機(jī)械性產(chǎn)生了新的變化，由阻隔恒定負(fù)載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)變?yōu)橥蟿?dòng)轉(zhuǎn)矩。第五，因?yàn)榉€(wěn)定點(diǎn)的變化，使得過渡要根據(jù)電動(dòng)機(jī)機(jī)械性運(yùn)行到新的穩(wěn)定點(diǎn)上。第六，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)得出電力機(jī)車的新速度。

[1]王雨.電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定的條件及判斷方法[J].科技傳播，2011，（5）：84-86.

[2]楊鳳梧，李傳淮.電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)的自動(dòng)控制和安全保護(hù)[J].中國儀器表，2009，（2）：56-58.

[3]陳中孝，苗榮霞.電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行的過程分析[J].價(jià)值工程，2000，（7）：144-146.

[4]羅毅，李銘.淺析電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定的充要條件[J].自然科學(xué)，2000，（5）：98-100.

[5]王飛飛，劉廣朝.電力拖動(dòng)系統(tǒng)中電動(dòng)機(jī)的選擇[J].理論探討，2012，（3）：48-50.