淺談電力拖動系統穩定運行的條件與方法

侯 銳

(長春汽車工業高等專科學校，吉林 長春 130011)

隨著科技日新月異的發展，自動化的生產水平和能力也發生了翻天覆地的變化，而電力拖動系統中的安全性和控制性也在工業生產的工程中受到越來越多的關注，電力拖動系統所帶來的各種優點也被人們所發現，現在的工業生產對電力拖動的應用已經非常廣泛。

一、電力拖動系統

1.電力拖動系統穩定運行的概念

在電力推動系統中，假設其原來是在同一個運動速度中進行工業生產的，當受到負載轉矩的變化和電源電壓的變化時，而系統的轉速發生變大或變小的改變，改變了原先自己的轉速，打破了原有的平衡狀態，在這種狀態下，電力拖動系統將產生新的轉速，并且能持續一段時間，之后由新的轉速所帶來的新的平衡狀態，從而使工業生產進行新的運行，這就說明該系統的運行是非常穩定的。或者是負載轉矩的變化和電源電壓的變化所帶來的副作用消失了，新的轉速又變成了原有的轉速，而電力拖動系統又恢復了正常的運行，也可以說明該系統的運行是非常穩定的。當負載轉矩的變化和電源電壓的變化所帶來的副作用消失了，電力推動系統的轉速卻無限的上升或者無限的下降，這就證明該系統的運行是不穩定的。

2.電力拖動系統的工作原理

電力拖動系統方向的判斷是以電動機在沒有任何障礙和干擾的情況下，如果還能正常旋轉，那么旋轉方向就判定為正方向。當電磁的轉矩和轉速所形成的方向與電動機的旋轉完全方向一致時，則規定為正，同理旋轉方向完全不一樣則規定為負。以此為基準，就可以判斷出電力拖動系統當時的加速、減速和恒速的運動狀況。

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

3.負載的機械性和過渡

負載的機械特性可分為風機泵類負載、恒轉矩負載和恒功率負載。負載在電動機上的應用率非常廣泛，所以為了完善電力拖動系統,就必須先對負載進行了解。首先要熟練地知道風機泵類負載、恒轉矩負載、恒功率負載和負載方程式，其次要清楚地了解負載的曲線圖，結合所學的動力學對負載進行分析，分析出負載的運動過程，也就是負載的特性。

當過渡受到外圍環境所干擾或人為原因所干擾時，負載轉矩的參數就會發生變化，那么電力拖動系統的穩定就會被破壞。為了保證電力拖動系統的穩定，要明確按照電動機機械性產生變化來確定過渡的運行。

4.電動機

電動機分成安裝方式和防護方式兩種，其中安裝方式又分成立式和臥式，防護方式又分成封閉式、開啟式、防爆式和防護式。

電動機的工作可以用連續工作制來表達，但絕大多數情況是，電動機的工作形式和生產機械是相同的，都是從周期斷續工作制、連續工作制和短期工作制這三個方面進行選擇的。

電動機的好與壞是決定電力拖動系統的成敗，也是電力拖動系統最為關鍵和重要的步驟，因此電動機的選擇要慎重，必須要參考電動機本身和周圍所有的數據來選擇，比如電動機的功率、電動機的類型、所需電動機的數量、電動機的結構形式和電動機的額定電壓、電動機的電流等。在選擇電動機時，還要考慮它的價格、質量、維修和構造等這幾個方面。

電動機的構造、機械的能力和形式，必須完全按照生產要求進行生產，做到機械的類別、形式、負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機的質量合格、機械運行正常，使電力拖動系統發揮出最完美的作用和效果，使電動機可以在有效的距離內實施監控和啟動。在生產運行的過程中，會發現電動機的容量是非常重要的一個環節，我們在選擇電動機時應當重視起來。電動機在工作時所要求的周圍環境也是非常重要的，需要溫度慢慢地提升或者接近規定的溫度值。在現實的機械運動過程中，往往達不到理想的溫度值，這就導致電動機在運行時的機械散熱作用和拖動負載作用不能發揮出最大的效果。在選擇電動機的容量時，必須要能正確地判定額定功率的值，但在現實環境的影響下，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機相關的依據和相關的理論，并通過合理的分析和試驗。電動機的額定轉速是根據技術、經濟和使用數據來決定的，比如，在一個電動機運行過程中啟動和制動的次數較少時，就可以用技術和經濟兩方面來選擇電動機，而一個電動機運行過程中啟動和制動的次數較多時，就可以用儲蓄量來選擇電動機。

5.安全保護

電力拖動系統最不能忽略的問題便是安全保護，它可分為電器保護和計算機保護。電器保護是最簡單的也是最基礎的，又可以成為短路保護、熱保護、過流保護和欠電壓保護等。短路保護就是防止因電流的短路，導致一些絕緣電氣設備受到機械上的故障或損壞的狀況，或者制止在電流所產生的電動應力作用下，使電動機的繞線、延伸電路的繞線和其他零件、設備受到故障或損壞。熱保護就是防止因電動機的運行時間過長，或電動機的運行超載時間過長所產生出來大量的熱量的情況，因為這些熱量使繞線溫度遠遠超過了所規定的正常溫度的范圍，最終會破壞電動機的運行，或使電動機沒有辦法正常進行工作。過流保護就是防止電動機在運行前出現不能準確啟動，或者電動機在運行前負載過大所形成的電流量會破壞傳動機的零件，使電動機受到故障或損壞的狀況。欠電壓保護就是防止電動機的電源電壓降得太低，使電動機運行過程中的轉速也慢慢地降低甚至停止運行，造成設備的電氣泄漏，電路受到故障或損壞的情況。

二、電力拖動系統運行方法的分析

1.系統的穩定性

負載轉矩發生變化時，電動機在慣性的作用下使轉速慢慢變大或者慢慢變小，又因為電樞電流和電磁的轉矩沒有變化，產生電動機在全新的一個速度點上變得穩定，假設把電動機的轉速設計成是上升的，那么電磁的轉矩就會不斷下降，電樞電流也會不斷下降，直到形成一個能滿足所有條件的速度點，并按新的速度繼續穩定地運行。當電動機產生新的穩定點后，同時負載轉矩也發生變化，那么負載轉矩會慢慢變回了原有的速度，而電動機在慣性的作用下轉速也慢慢地恢復，又因為電樞電流和電磁的轉矩沒有變化，所以電動機在新的速度穩定后，又變回了原有的速度點。

2.穩定運行的條件和分析方法

通過對系統穩定性的分析我們可以得出，電力拖動系統的穩定點、在電動機機械性轉速的穩定點與負載機械性轉速的穩定點，所交叉的轉速點是不同的。也可以說，電動機機械性轉速的穩定點與負載機械性轉速的穩定點，這兩者的變化基本不能影響電力拖動系統的穩定點。由此得出，電動機機械性轉速的穩定點與負載機械性轉速的穩定點，是電力拖動系統的穩定點必要條件。

通過對電力拖動系統的代數法和圖解法分析，可以得出以下分析方法和分析過程：第一，在電力拖動系統中，電動機機械性和負載機械性存在著相同的特性。第二，通過對電力拖動系統的條件和對原有的運行狀況進行分析，可以知道電力拖動系統的穩定性和它的運行狀態。第三，電動機的運行是在沒有任何障礙干擾的情況下進行的，如果發生了干擾，通過對原有數據和現有數據的分析，能得出新的負載轉速和電磁轉矩的數據。第四，通過對過渡和沿線所經過的電動機機械性的分析，可以得出當電力拖動系統的穩定沒有被破壞時，電磁的轉矩是根據負載轉矩決定的。第五，過渡是按照電動機機械性所運行的，當電磁轉矩和負載轉矩互相影響彼此大小時，電動機機械性和負載轉矩的交叉處產生新的穩定點。第六，按照電力拖動系統運行的要求，對過渡的特殊點和重要段做出分析。

從物理方向來看，電動機機械性穩定點與負載機械性穩定點在同一點，而電力拖動系統穩定點在另外一點，由此得出負載轉矩的機械性倒數要大于電動機的機械性所形成的倒數。

例如，在下坡時電力機車的電力拖動系統：第一，確定電動機機械性和負載轉矩機械性在同一個坐標里，假定電動機運行方向為正方向，當電力機車在水平路段上運行時，負載機械性變為因為重力摩擦力而產生的阻隔恒定負載轉矩。第二，通過對電力拖動系統穩定運行的分析，得出電力機車穩定點的數據。第三，在所得到的電力機車穩定點上，確定電力機車的正方向。第四，在下坡運行的電力機車，雖然可以排除自身穩定點的任何障礙和干擾，但避免不了因為下坡所帶來的重力分解，所以在下坡時，負載轉矩機械性產生了新的變化，由阻隔恒定負載轉矩轉變為拖動轉矩。第五，因為穩定點的變化，使得過渡要根據電動機機械性運行到新的穩定點上。第六，根據以上的數據得出電力機車的新速度。

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