電力拖動系統穩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穩定運行的條件，并提出一種利用電動機及生產機械的機械特性曲線判定系統能否穩定運行的簡便方法。

關鍵詞 電力拖動系統；穩定運行條件；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

電力拖動系統里，電動機與生產機械連成一體，為了使系統運行合理，就要使電動機的機械特性與生產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要能穩定運行。這兩種特性的任意配合，并不一定能使拖動系統穩定運行。下面，我們就此問題進行詳細分析。

1 電力拖動系統穩定運行的概念

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

2 電力拖動系統穩定運行的條件

2.1討論T=TL時，系統是否一定能穩定運行？

2.1.1他勵直流電動機拖動恒轉矩負載

1） 負載轉矩變化時

當T=TL1時，電動機穩定運行于A點，系統運行轉速為nA。

（1）若生產機械的負載轉矩由TL1突然減小到TL2，系統還能否穩定運行？

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

隨著電動機轉速的上升，逐漸增大，逐漸減小，電磁轉矩T不斷減小，直到B點處，實現新的轉矩平衡：T=TL2，，也就是說，在擾動持續期間，系統將保持較高的轉速nB穩定運行。

（2）擾動消失后，系統能否回到原來的平衡狀態？

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

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

可見，系統在這種擾動作用下是穩定的。

2）電樞電壓變化時

他勵直流電動機拖動恒轉矩負載TL1，穩定運行于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，電磁轉矩也減小，此時，，系統減速，沿特性2下降到B點，，系統進入新的平衡條件下穩定運行。

（2）擾動消失后系統能否回到原來的平衡狀態？

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為1，轉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，電磁轉矩也增加，此時，，系統加速，沿特性1回到A點，T=TL1，系統重新回到原來的平衡狀態。

結論：系統能穩定運行。

2.1.2下面這個系統在T=TL1處能否穩定運行？

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

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

結論：T=TL1時系統不一定能穩定運行。

2.2穩定運行的條件

通過以上分析可以看出，電力拖動系統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定運行，也就是說，T=TL1僅僅是系統穩定運行的必要條件，但不是充分條件，要使餓電力拖動系統穩定運行，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，發現：

4-19中，，而4-20中，

因此，可得電力拖動系統穩定運行的充要條件是：，當干擾作用使轉速有一個微小增量dn時，引起的，系統將產生負加速度，使轉速回復到n，則系統是穩定的。

3 利用機械特性曲線判定系統穩定性的簡便方法

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

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，則系統穩定，反之則是不穩定的。

參考文獻

[1]邱阿瑞.電機與電力拖動.北京：電子工業出版社，2002.

[2]嚴欣平.電機拖動基礎.北京：冶金工業出版社，2009.

[3]高敬德.電機及電力拖動.北京：石油工業出版社，2001.

注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請以PDF格式閱讀”