電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件及判定方法

王雨

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

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

中圖分類(lèi)號(hào)TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）43-0084-02

0引言

電力拖動(dòng)系統(tǒng)里，電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械連成一體，為了使系統(tǒng)運(yùn)行合理，就要使電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性盡量配合，特性配合好的一個(gè)起碼要求是系統(tǒng)要能穩(wěn)定運(yùn)行。這兩種特性的任意配合，并不一定能使拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。下面，我們就此問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的概念

設(shè)有一電力拖動(dòng)系統(tǒng)，原來(lái)處于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，由于受到某種擾動(dòng)，如電源電壓波動(dòng)或負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化等，導(dǎo)致系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化而離開(kāi)了原來(lái)的平衡狀態(tài)，如果在擾動(dòng)持續(xù)期間，系統(tǒng)在新的條件下能達(dá)到新的平衡，在新的工作點(diǎn)穩(wěn)速運(yùn)行，或當(dāng)外界擾動(dòng)消失后系統(tǒng)又能自動(dòng)恢復(fù)到原來(lái)的轉(zhuǎn)速下繼續(xù)運(yùn)行，則該系統(tǒng)是穩(wěn)定的；如果當(dāng)外界擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速或是無(wú)限制地上升，或是一直下降至零，則稱(chēng)該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

2 電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的條件

2.1討論T=TL時(shí)，系統(tǒng)是否一定能穩(wěn)定運(yùn)行？

2.1.1他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載

1） 負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化時(shí)

當(dāng)T=TL1時(shí)，電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于A點(diǎn)，系統(tǒng)運(yùn)行轉(zhuǎn)速為nA。

（1）若生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突然減小到TL2，系統(tǒng)還能否穩(wěn)定運(yùn)行？

分析：A點(diǎn)處T=TL1，生產(chǎn)機(jī)械的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由TL1突然減小到TL2時(shí)，由于機(jī)械慣性的原因，轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電勢(shì)不變，電樞電流不變，電磁轉(zhuǎn)矩也保持不變，此時(shí)，就有，系統(tǒng)加速運(yùn)行。

隨著電動(dòng)機(jī)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(diǎn)處，實(shí)現(xiàn)新的轉(zhuǎn)矩平衡：T=TL2，，也就是說(shuō)，在擾動(dòng)持續(xù)期間，系統(tǒng)將保持較高的轉(zhuǎn)速nB穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）擾動(dòng)消失后，系統(tǒng)能否回到原來(lái)的平衡狀態(tài)？

擾動(dòng)消失，負(fù)載轉(zhuǎn)矩重新回到TL1時(shí)，同樣轉(zhuǎn)速不能突變，電樞電勢(shì)不變，電樞電流不變，電磁轉(zhuǎn)矩也不變，此時(shí)，，，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(lái)的工作點(diǎn)A穩(wěn)定運(yùn)行。

如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大，系統(tǒng)會(huì)減速到一個(gè)較低的轉(zhuǎn)速，直到達(dá)到另一個(gè)新的平衡狀態(tài)。擾動(dòng)消失后也能重新回到原來(lái)的平衡狀態(tài)。

可見(jiàn)，系統(tǒng)在這種擾動(dòng)作用下是穩(wěn)定的。

2）電樞電壓變化時(shí)

他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL1，穩(wěn)定運(yùn)行于A點(diǎn)，T=TL1

（1）電樞電壓突然降低

電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性從1瞬時(shí)變成2，轉(zhuǎn)速由于慣性的原因不能突變，工作點(diǎn)由A過(guò)渡到C點(diǎn)，電樞電勢(shì)不變，電樞電流突然減小，電磁轉(zhuǎn)矩也減小，此時(shí)，，系統(tǒng)減速，沿特性2下降到B點(diǎn)，，系統(tǒng)進(jìn)入新的平衡條件下穩(wěn)定運(yùn)行。

（2）擾動(dòng)消失后系統(tǒng)能否回到原來(lái)的平衡狀態(tài)？

擾動(dòng)消失后，電樞電壓重新回到U1，電動(dòng)機(jī)機(jī)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(shì)不變，電樞電流增加，電磁轉(zhuǎn)矩也增加，此時(shí)，，系統(tǒng)加速，沿特性1回到A點(diǎn)，T=TL1，系統(tǒng)重新回到原來(lái)的平衡狀態(tài)。

結(jié)論：系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1.2下面這個(gè)系統(tǒng)在T=TL1處能否穩(wěn)定運(yùn)行？

一臺(tái)差復(fù)勵(lì)式電動(dòng)機(jī)具有上翹的機(jī)械特性，拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載TL1，假設(shè)開(kāi)始系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行于A點(diǎn)。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然減小到TL2時(shí)，系統(tǒng)還能否穩(wěn)定運(yùn)行？

分析：由于機(jī)械慣性的原因電動(dòng)機(jī)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(diǎn)，而 ，系統(tǒng)仍然加速，不可能有T=TL2，系統(tǒng)轉(zhuǎn)速將越來(lái)越高——飛車(chē)。如果系統(tǒng)中無(wú)必要的保護(hù)措施，必然導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)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(yùn)行的。而負(fù)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(shí)系統(tǒng)不一定能穩(wěn)定運(yùn)行。

2.2穩(wěn)定運(yùn)行的條件

通過(guò)以上分析可以看出，電力拖動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載機(jī)械特性的交點(diǎn)上并不一定都能夠穩(wěn)定運(yùn)行，也就是說(shuō)，T=TL1僅僅是系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件，但不是充分條件，要使餓電力拖動(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，還需要電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載特性配合得當(dāng)。

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(dòng)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的充要條件是：，當(dāng)干擾作用使轉(zhuǎn)速有一個(gè)微小增量dn時(shí)，引起的，系統(tǒng)將產(chǎn)生負(fù)加速度，使轉(zhuǎn)速回復(fù)到n，則系統(tǒng)是穩(wěn)定的。

3 利用機(jī)械特性曲線判定系統(tǒng)穩(wěn)定性的簡(jiǎn)便方法

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

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

參考文獻(xiàn)

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注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請(qǐng)以PDF格式閱讀”