電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件及判定方法

王雨

摘要 本文主要分析電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件，并提出一種利用電動機及生產(chǎn)機械的機械特性曲線判定系統(tǒng)能否穩(wěn)定運行的簡便方法。

關(guān)鍵詞 電力拖動系統(tǒng)；穩(wěn)定運行條件；判定方法

中圖分類號TM7 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0084-02

0引言

電力拖動系統(tǒng)里，電動機與生產(chǎn)機械連成一體，為了使系統(tǒng)運行合理，就要使電動機的機械特性與生產(chǎn)機械的機械特性盡量配合，特性配合好的一個起碼要求是系統(tǒng)要能穩(wěn)定運行。這兩種特性的任意配合，并不一定能使拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行。下面，我們就此問題進行詳細分析。

1 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的概念

設有一電力拖動系統(tǒng)，原來處于某一轉(zhuǎn)速下運行，由于受到某種擾動，如電源電壓波動或負載轉(zhuǎn)矩變化等，導致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開了原來的平衡狀態(tài)，如果在擾動持續(xù)期間，系統(tǒng)在新的條件下能達到新的平衡，在新的工作點穩(wěn)速運行，或當外界擾動消失后系統(tǒng)又能自動恢復到原來的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運行，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果當外界擾動消失后，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速或是無限制地上升，或是一直下降至零，則稱該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

2 電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的條件

2.1討論T=TL時，系統(tǒng)是否一定能穩(wěn)定運行？

2.1.1他勵直流電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載

1） 負載轉(zhuǎn)矩變化時

當T=TL1時，電動機穩(wěn)定運行于A點，系統(tǒng)運行轉(zhuǎn)速為nA。

（1）若生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩由TL1突然減小到TL2，系統(tǒng)還能否穩(wěn)定運行？

分析：A點處T=TL1，生產(chǎn)機械的負載轉(zhuǎn)矩由TL1突然減小到TL2時，由于機械慣性的原因，轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電勢不變，電樞電流不變，電磁轉(zhuǎn)矩也保持不變，此時，就有，系統(tǒng)加速運行。

隨著電動機轉(zhuǎn)速的上升，逐漸增大，逐漸減小，電磁轉(zhuǎn)矩T不斷減小，直到B點處，實現(xiàn)新的轉(zhuǎn)矩平衡：T=TL2，，也就是說，在擾動持續(xù)期間，系統(tǒng)將保持較高的轉(zhuǎn)速nB穩(wěn)定運行。

（2）擾動消失后，系統(tǒng)能否回到原來的平衡狀態(tài)？

擾動消失，負載轉(zhuǎn)矩重新回到TL1時，同樣轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電勢不變，電樞電流不變，電磁轉(zhuǎn)矩也不變，此時，，，系統(tǒng)減速，Ea減小，Ia減小，T減小，直到，系統(tǒng)重新回到原來的工作點A穩(wěn)定運行。

如果負載轉(zhuǎn)矩突然增大，系統(tǒng)會減速到一個較低的轉(zhuǎn)速，直到達到另一個新的平衡狀態(tài)。擾動消失后也能重新回到原來的平衡狀態(tài)。

可見，系統(tǒng)在這種擾動作用下是穩(wěn)定的。

2）電樞電壓變化時

他勵直流電動機拖動恒轉(zhuǎn)矩負載TL1，穩(wěn)定運行于A點，T=TL1

（1）電樞電壓突然降低

電動機的機械特性從1瞬時變成2，轉(zhuǎn)速由于慣性的原因不能突變，工作點由A過渡到C點，電樞電勢不變，電樞電流突然減小，電磁轉(zhuǎn)矩也減小，此時，，系統(tǒng)減速，沿特性2下降到B點，，系統(tǒng)進入新的平衡條件下穩(wěn)定運行。

（2）擾動消失后系統(tǒng)能否回到原來的平衡狀態(tài)？

擾動消失后，電樞電壓重新回到U1，電動機機械特性也重新變?yōu)?，轉(zhuǎn)速由于慣性的原因仍然不能突變，電樞電勢不變，電樞電流增加，電磁轉(zhuǎn)矩也增加，此時，，系統(tǒng)加速，沿特性1回到A點，T=TL1，系統(tǒng)重新回到原來的平衡狀態(tài)。

結(jié)論：系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。

2.1.2下面這個系統(tǒng)在T=TL1處能否穩(wěn)定運行？

一臺差復勵式電動機具有上翹的機械特性，拖動恒轉(zhuǎn)矩負載TL1，假設開始系統(tǒng)穩(wěn)定運行于A點。當負載轉(zhuǎn)矩突然減小到TL2時，系統(tǒng)還能否穩(wěn)定運行？

分析：由于機械慣性的原因電動機轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電流不變，電磁轉(zhuǎn)矩不變，，系統(tǒng)加速到B點，而 ，系統(tǒng)仍然加速，不可能有T=TL2，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速將越來越高——飛車。如果系統(tǒng)中無必要的保護措施，必然導致電動機的轉(zhuǎn)速和電樞電流超出極限而損壞，顯然，這樣的系統(tǒng)是不能穩(wěn)定運行的。而負載轉(zhuǎn)矩如果是突然增加，則系統(tǒng)將不斷減速到停轉(zhuǎn)。

結(jié)論：T=TL1時系統(tǒng)不一定能穩(wěn)定運行。

2.2穩(wěn)定運行的條件

通過以上分析可以看出，電力拖動系統(tǒng)在電動機的機械特性與負載機械特性的交點上并不一定都能夠穩(wěn)定運行，也就是說，T=TL1僅僅是系統(tǒng)穩(wěn)定運行的必要條件，但不是充分條件，要使餓電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行，還需要電動機的機械特性與負載特性配合得當。

比較4-19和4-20，發(fā)現(xiàn)：

4-19中，，而4-20中，

因此，可得電力拖動系統(tǒng)穩(wěn)定運行的充要條件是：，當干擾作用使轉(zhuǎn)速有一個微小增量dn時，引起的，系統(tǒng)將產(chǎn)生負加速度，使轉(zhuǎn)速回復到n，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

3 利用機械特性曲線判定系統(tǒng)穩(wěn)定性的簡便方法

在工作點P上方取一小的轉(zhuǎn)速增量dn，作一條水平線與兩條機械特性分別相交。比較兩個交點的轉(zhuǎn)矩增量，若，則系統(tǒng)穩(wěn)定；反之則不穩(wěn)定。

實際上，我們只要觀察一下兩個交點的位置，若M-n特性上的交點在ML-n特性上交點的左方，則系統(tǒng)穩(wěn)定，反之則是不穩(wěn)定的。

參考文獻

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