電力拖動系統運行過程分析

吳英才

（廣州市白云機電設備安裝工程有限公司，廣東 廣州510405）

0 引言

在社會經濟發展的大背景下，我國機械電氣行業邁上了一個新的臺階。其中，電力拖動系統作為機械行業發展的重要環節，是電氣與機械綜合的系統，主要由電源、電動機、控制設備、傳動機構等部分組成。電源作為控制設備與電動機的能源，主要分為交流電源與直流電源。電動機是生產機械的原動機，主要作用就是將電能轉化為機械能。控制設備的主要任務就是控制電動機的運轉，傳動機構是在電動機與生產機械的工作機構之間傳遞力量的裝置。本文通過初步了解電力拖動系統，對電力拖動系統的運行過程進行了詳細分析。

1 電力拖動系統的基本知識

1．1 電力拖動系統的旋轉運動方程式

旋轉運動方程式為：

（1）在電力拖動系統運作過程中，Tem、TL、n的方向都是不確定的。那么就需要對以上方程式進行正方向定位。一般都是以電動機在工作狀態中的旋轉方向作為正方向；其中電磁轉矩與轉速的方向與電動機旋轉的方向相同時則為正，方向相反時則為負數；當負載轉矩與其規定的方向不一致時則為正，與正方向一致時則為負。

（2）將電磁轉矩、轉速、負載轉矩等方向與正負確定之后，再根據旋轉運動方程式來進行計算，從而判斷電力拖動系統是處于加速、減速還是恒速運行狀態。

1．2 電動機的特性

電動機可以分為直流電動機和交流電動機。根據電力拖動系統所拖動電動機的類型，再對其機械特性進行判斷，例如機械的自身特性、人為特性等。對有關的方程式進行了解與掌握，例如電壓平衡方程式、感應電勢方程式等。

1．3 負載的特性

首先，需要對負載的機械特性進行詳細了解，掌握各個方面的數據與資料。機械的實際負載特性通常是由幾種類型的特性組合而成的，所以要詳細了解其基本特性，進而再進行組合了解，同時要寫出其負載特性方程式，并根據負載特性繪制曲線圖。最后，依據所學動力源知識對負載特性的方程式與曲線圖進行分析，判斷其是否發生變化，當發生變化時就要根據其特征對新的負載特性進行分析。

1．4 過渡過程

電力拖動系統在運行時容易受到外界因素的干擾，例如電源電壓發生變化，負載轉矩出現變化，或者人為對電動機的參數進行改變時，都會對電力拖動系統的正常穩定運行造成影響。電力拖動系統的過渡過程是基于機械存在慣性的條件下，機械產生的特性變化［1］。在電力拖動系統中，電動機是非常重要的組成部分。當電力拖動系統正常穩定運行時，可以從運動方程式中看出，電磁轉矩的大小是由其負載轉矩決定的。

1．5 靜態穩定性

在只考慮機械運動慣性的條件下，電力拖動系統要想能夠在某點持續穩定運行，必須符合以下幾個條件：首先，需要滿足的必要條件是電動機的機械特性與其負載特性之間具有交點；其次，需要有穩定運行數據條件，即拖動系統處于能夠穩定運行的能力點。公式為：

1．6 運行狀態

電力拖動系統是否處于正常運行狀態，判斷依據主要是其基本概念。電力運行：電動機產生的電磁轉矩與系統的旋轉方向一致時，T與n的狀態同時處于正數或者負數。制動運行：電動機產生的電磁轉矩與系統的旋轉方向相反時，T與n的狀態分別為正數或負數。同時，制動又分為回饋制動與能耗制動［2］。如果n的絕對值大于n0的絕對值，那么T與n必然處于相反的狀態，如表1所示。

表1 電力拖動系統運行狀態參數特征表

2 分析方法

對電力拖動系統的分析可以采用圖解法或者代數法。鑒于圖解法的特點較為直觀且容易理解，所以主要對圖解法進行詳細介紹：（1）將電動機的機械性能與負載性能在同一個坐標系內同時呈現，坐標系為T－n。（2）根據電力拖運系統的數據條件，經過公式計算，判斷其初期運行狀態是否符合穩定運行的條件，并判斷其是否是穩定運行點。（3）能夠在某點穩定運行，就要對其運行狀態進行分析。（4）如果電力拖動系統并不能夠穩定運行，或者受到外界或人為因素的干擾而造成系統運行中負載特性與機械特性出現變化，要將其變化呈現在坐標系內。（5）電動機的機械特性決定了其過渡過程。當電力拖動系統運行狀態較為穩定時，負載轉矩的大小決定了其電磁轉矩的數量［3］。可使用運動方程式以及電動機工作原理的基本方程式推出。（6）根據電力拖動系統的運行狀態以及過渡狀態，呈現在坐標中的不同象限。

3 實例分析

以電力機車為例，如電力機車在水平狀態運行，其在運行中遇到下坡時（圖1），要求對其狀態進行分析：（1）將電動機的機械特性與負載特性在同一個坐標系中呈現，如圖2所示。（2）按照電力拖動系統的穩定運行條件可以確定，在圖2中的A點，電力機車能夠穩定正常運行。（3）在A點時，T與n都同時大于0，即電動機的運作狀態為正向。（4）電力機車在受到外界干擾以后，負載的總轉矩為（TL1－TL2），并且其值處于負數狀態。由此可見，在電力機車由水平運行至下坡時，負載特性出現了變化。（5）電力機車的過渡過程主要是以機械運動的慣性為基礎，運行至B點時，即處于穩定狀態。B點為機械特性與產生變化后的負載特性的交叉點。（6）以電力拖動系統的穩定運行狀態的概念為基準，在圖2的第1象限中，A－n0為電動運行狀態。在運行狀態出現變化后，就在B點處穩定運行。（7）電力機車在遇到下坡時自動變為正向回饋制動運行狀態。

圖1 電力機車及電動機的運行狀態

圖2 電力機車的機械特性分解圖

4 結語

要實現電能向機械能的轉變，電力拖動系統顯得尤為重要。要對電力拖動系統運行過程進行分析，首先要確定其轉向，這對判斷電磁轉矩的正負有重要的意義。再次，要熟悉電力拖動系統的機械特性與負載特性，詳細了解并掌握有關方程式，明確電力拖動系統正常穩定運行時需要的條件與環境，并對其運行狀態進行判斷。運用圖解法對電力拖動系統進行分析較為直觀，易于理解。通過對電力拖動系統進行初步分析，可以一定程度上推動電力拖動系統的發展。

［1］張圓，周濱，趙杰，等．發展我國低碳經濟的挑戰與探索［J］．科技資訊，2010（25）

［2］莊貴陽．節能減排與中國經濟的低碳發展［J］．氣候變化研究進展，2008（5）

［3］張青．低碳經濟時代中國新能源產業的新機遇研究［J］．科技情報開發與經濟，2010（10）