電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程分析

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國機(jī)械電氣行業(yè)也開啟了一個(gè)新篇章。而電力拖動(dòng)系統(tǒng)作為其中的重要環(huán)節(jié)，分析電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性有助于深入了解此方面的知識(shí)，并在此基礎(chǔ)上將所學(xué)理論運(yùn)用到實(shí)踐活動(dòng)中去。本文就電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行分析，使得電力拖動(dòng)系統(tǒng)能以最佳狀態(tài)運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】電力拖動(dòng);運(yùn)行過程;分析

電力拖動(dòng)系統(tǒng)中包括電源、電動(dòng)機(jī)、控制設(shè)備等部分。其中，作為控制設(shè)備與電動(dòng)機(jī)的能源，電源主要分為直流電源和交流電源;電動(dòng)機(jī)作為生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，它將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;控制設(shè)備控制著電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而傳動(dòng)機(jī)構(gòu)則傳遞著電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械之間的力量。本文針對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程展開討論。

1.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本知識(shí)

要對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行分析，首先必須掌握該運(yùn)行過程所需要的知識(shí)，采取正確方法，對(duì)相應(yīng)的電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過程進(jìn)行分析，從而獲取出想要的數(shù)據(jù)以及客觀的結(jié)論，使得準(zhǔn)確分析出該系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及安全性。

1.1 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式Tem -TL=GD375·dndt

Tem、TL和n的方向在電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)作過程中都是不確定的，所以需要對(duì)運(yùn)動(dòng)方程式規(guī)定正方向。通常把電動(dòng)機(jī)工作狀態(tài)中的旋轉(zhuǎn)方向定為正方向，而電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)規(guī)定為正方向，反之為負(fù)方向。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與規(guī)定正方向相反則為正，相同則為負(fù)。規(guī)定方向后即可判斷電力拖動(dòng)系統(tǒng)是處于加速、減速或者恒速運(yùn)行狀態(tài)中哪一種狀態(tài)。

1.2 電動(dòng)機(jī)的特性及其方程式

因電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)兩種，所以應(yīng)當(dāng)根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行中所用電動(dòng)機(jī)的類型對(duì)其自身特性、人為特性等機(jī)械特性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。同時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解與其相關(guān)的方程式，譬如：感應(yīng)電勢(shì)方程式、電壓平衡方程式、磁勢(shì)平衡方程式等。

1.3 負(fù)載的特性

在運(yùn)行電力拖動(dòng)系統(tǒng)前應(yīng)當(dāng)對(duì)負(fù)載的機(jī)械特性進(jìn)行詳細(xì)了解。通常，機(jī)械的實(shí)際負(fù)載特性是由幾種類型特性疊加而成。所以，應(yīng)當(dāng)先了解最基本負(fù)載的機(jī)械特性，如恒功率負(fù)載等，再通過將其進(jìn)行再組合，寫出最終負(fù)載特性方程式，并根據(jù)特性方程式繪出負(fù)載特性曲線。最后，根據(jù)所學(xué)動(dòng)力學(xué)知識(shí)對(duì)其特性方程式以及曲線圖進(jìn)行分析，從而判斷出是否會(huì)發(fā)生變化，若發(fā)生變化，應(yīng)當(dāng)對(duì)新的機(jī)械特性進(jìn)行重新分析。

1.4 過渡過程

電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中是非常重要的組成部分。當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)正確運(yùn)行時(shí)，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程式，電磁轉(zhuǎn)矩的大小是由其負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定的。所以，拖動(dòng)系統(tǒng)在負(fù)載轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)變化等被外部干擾或人為改變電動(dòng)機(jī)參數(shù)時(shí)，都會(huì)使電力拖動(dòng)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行造成極大的影響。

1.5 靜態(tài)穩(wěn)定性

當(dāng)只考慮系統(tǒng)機(jī)械慣性時(shí)，電力拖動(dòng)系統(tǒng)能夠在某點(diǎn)保持穩(wěn)定運(yùn)行，需滿足以下條件：首先必須在電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與其負(fù)載特性之間具有交點(diǎn)，其次需要有穩(wěn)定運(yùn)行數(shù)據(jù)條件。

1.6 運(yùn)行狀態(tài)

電力運(yùn)行是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)方向相同時(shí)，T與n同號(hào)即同處于正數(shù)或負(fù)數(shù)。制動(dòng)運(yùn)行是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，T與n異號(hào)。制動(dòng)運(yùn)行又分為回饋制動(dòng)和能耗制動(dòng)兩種制動(dòng)方式。

2.分析方法

利用上述知識(shí)，可以采用圖解法或者代數(shù)法對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析。因圖解法的直觀、便于理解等特點(diǎn)，下面主要對(duì)圖解法進(jìn)行過程分析。

（1）在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性能與負(fù)載性能同時(shí)畫出來，坐標(biāo)系設(shè)置為T—n。

（2）根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，通過計(jì)算，分析系統(tǒng)的初始運(yùn)行狀態(tài)是否滿足穩(wěn)定運(yùn)行的條件，并判斷其是否有穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。如果能在某點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，則對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。

（3）若沒有受到外界或人為因素的干擾而造成系統(tǒng)中負(fù)載特性與機(jī)械特性在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)變化，則應(yīng)將其變化呈現(xiàn)于坐標(biāo)系中。

（4）由于過渡過程是沿著電機(jī)機(jī)械特性運(yùn)行的，當(dāng)運(yùn)行至穩(wěn)定時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩是由負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小決定的，從而根據(jù)運(yùn)動(dòng)方程式以及電動(dòng)機(jī)工作原理的基本方程式推出。

（5）根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)以及過渡狀態(tài)中每段曲線以及特殊點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析。

3.安全保護(hù)

對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的保護(hù)方式由兩方面組成：一方面是對(duì)電器的保護(hù)，另一方面是對(duì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全保護(hù)。

3.1 電器保護(hù)

這是一種最基本的保護(hù)形式。一般包括短路保護(hù)、過流保護(hù)等。

3.2 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全保護(hù)

計(jì)算機(jī)的保護(hù)屬于上端保護(hù)。

首先是短路保護(hù)，短路電流通常會(huì)導(dǎo)致電器的絕緣設(shè)備被破壞，原因是電流過強(qiáng)引起的電動(dòng)應(yīng)力加強(qiáng)，是的電動(dòng)機(jī)的繞組失去承受能力，最終導(dǎo)致?lián)p壞。其次是過流保護(hù)。電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)異?；蛘叱^其負(fù)載都可能會(huì)引起過流電流，而這種電流的流通通常相當(dāng)大，會(huì)引起一些傳動(dòng)器件甚至電動(dòng)機(jī)本身的損傷。接著，是過熱保護(hù)。當(dāng)電動(dòng)機(jī)長時(shí)間運(yùn)行時(shí)，產(chǎn)生的熱量會(huì)使電動(dòng)機(jī)的繞組溫度超過其承受能力，從而導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)無法正常運(yùn)作。

再者是欠電壓保護(hù)。欠壓是由電源電壓過分降低導(dǎo)致的，這可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低更可能導(dǎo)致是停止運(yùn)轉(zhuǎn)。與此同時(shí)，欠壓形成的釋放氣體也會(huì)阻礙電路正常運(yùn)行。

還有安全鏈的保護(hù)。它涉及過流保護(hù)、水壓保護(hù)、欠壓保護(hù)等多方面保護(hù)，必須對(duì)其涉及的所有方面進(jìn)行保護(hù)。

最后是整體系統(tǒng)故障保護(hù)。通常計(jì)算機(jī)在其自身能夠正常運(yùn)行時(shí)能夠保證穩(wěn)定的自動(dòng)控制，可以對(duì)意外的古裝做出處理。

4.電力拖動(dòng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的涵義

假設(shè)一個(gè)電力拖動(dòng)系統(tǒng)原先是在一定的轉(zhuǎn)速中穩(wěn)定運(yùn)行的，忽然收到一定外力或人為作用，譬如負(fù)載轉(zhuǎn)矩有所變化或者人為對(duì)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行改變，使得系統(tǒng)不能夠在原先的轉(zhuǎn)速之下運(yùn)行。然而，如果系統(tǒng)能夠在一個(gè)新條件下達(dá)到新平衡的話，則能夠在一個(gè)新的穩(wěn)定點(diǎn)上正常運(yùn)行，或是在外界影響失靈時(shí)系統(tǒng)又能夠恢復(fù)到原先運(yùn)行狀態(tài)，則稱之為系統(tǒng)穩(wěn)定，相反，若失去影響后系統(tǒng)恢復(fù)不到之前狀態(tài)，則該系統(tǒng)是不穩(wěn)定的。

5.總結(jié)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能轉(zhuǎn)變中尤其重要。然而，電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行過程是比較復(fù)雜的。首先要確定其轉(zhuǎn)向，再要熟悉其機(jī)械特性和負(fù)載特性，并掌握相關(guān)方程式，明確其正常運(yùn)行時(shí)需要的條件，從而對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。所以，只有深刻理解這些知識(shí)點(diǎn)并采用正確的方法，譬如圖解法，才能夠準(zhǔn)確分析拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行過程。

參考文獻(xiàn)

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[4]王永靜.電力拖動(dòng)系統(tǒng)的節(jié)能[J].防爆電機(jī).2014.04 （14）：72-73.

作者簡介：

滕祥（1968—），男，吉林白山人，吉林省林業(yè)技師學(xué)院助理講師，研究方向，電力拖動(dòng)。

王國翠（1984—），女，吉林白山人，大學(xué)本科，學(xué)士，助理講師，吉林省林業(yè)技師學(xué)院教師，研究方向：電工儀表修理。