电力拖动系统运行过程分析

吴英才

（广州市白云机电设备安装工程有限公司，广东 广州510405）

0 引言

在社会经济发展的大背景下，我国机械电气行业迈上了一个新的台阶。其中，电力拖动系统作为机械行业发展的重要环节，是电气与机械综合的系统，主要由电源、电动机、控制设备、传动机构等部分组成。电源作为控制设备与电动机的能源，主要分为交流电源与直流电源。电动机是生产机械的原动机，主要作用就是将电能转化为机械能。控制设备的主要任务就是控制电动机的运转，传动机构是在电动机与生产机械的工作机构之间传递力量的装置。本文通过初步了解电力拖动系统，对电力拖动系统的运行过程进行了详细分析。

1 电力拖动系统的基本知识

1．1 电力拖动系统的旋转运动方程式

旋转运动方程式为：

（1）在电力拖动系统运作过程中，Tem、TL、n的方向都是不确定的。那么就需要对以上方程式进行正方向定位。一般都是以电动机在工作状态中的旋转方向作为正方向；其中电磁转矩与转速的方向与电动机旋转的方向相同时则为正，方向相反时则为负数；当负载转矩与其规定的方向不一致时则为正，与正方向一致时则为负。

（2）将电磁转矩、转速、负载转矩等方向与正负确定之后，再根据旋转运动方程式来进行计算，从而判断电力拖动系统是处于加速、减速还是恒速运行状态。

1．2 电动机的特性

电动机可以分为直流电动机和交流电动机。根据电力拖动系统所拖动电动机的类型，再对其机械特性进行判断，例如机械的自身特性、人为特性等。对有关的方程式进行了解与掌握，例如电压平衡方程式、感应电势方程式等。

1．3 负载的特性

首先，需要对负载的机械特性进行详细了解，掌握各个方面的数据与资料。机械的实际负载特性通常是由几种类型的特性组合而成的，所以要详细了解其基本特性，进而再进行组合了解，同时要写出其负载特性方程式，并根据负载特性绘制曲线图。最后，依据所学动力源知识对负载特性的方程式与曲线图进行分析，判断其是否发生变化，当发生变化时就要根据其特征对新的负载特性进行分析。

1．4 过渡过程

电力拖动系统在运行时容易受到外界因素的干扰，例如电源电压发生变化，负载转矩出现变化，或者人为对电动机的参数进行改变时，都会对电力拖动系统的正常稳定运行造成影响。电力拖动系统的过渡过程是基于机械存在惯性的条件下，机械产生的特性变化［1］。在电力拖动系统中，电动机是非常重要的组成部分。当电力拖动系统正常稳定运行时，可以从运动方程式中看出，电磁转矩的大小是由其负载转矩决定的。

1．5 静态稳定性

在只考虑机械运动惯性的条件下，电力拖动系统要想能够在某点持续稳定运行，必须符合以下几个条件：首先，需要满足的必要条件是电动机的机械特性与其负载特性之间具有交点；其次，需要有稳定运行数据条件，即拖动系统处于能够稳定运行的能力点。公式为：

1．6 运行状态

电力拖动系统是否处于正常运行状态，判断依据主要是其基本概念。电力运行：电动机产生的电磁转矩与系统的旋转方向一致时，T与n的状态同时处于正数或者负数。制动运行：电动机产生的电磁转矩与系统的旋转方向相反时，T与n的状态分别为正数或负数。同时，制动又分为回馈制动与能耗制动［2］。如果n的绝对值大于n0的绝对值，那么T与n必然处于相反的状态，如表1所示。

表1 电力拖动系统运行状态参数特征表

2 分析方法

对电力拖动系统的分析可以采用图解法或者代数法。鉴于图解法的特点较为直观且容易理解，所以主要对图解法进行详细介绍：（1）将电动机的机械性能与负载性能在同一个坐标系内同时呈现，坐标系为T－n。（2）根据电力拖运系统的数据条件，经过公式计算，判断其初期运行状态是否符合稳定运行的条件，并判断其是否是稳定运行点。（3）能够在某点稳定运行，就要对其运行状态进行分析。（4）如果电力拖动系统并不能够稳定运行，或者受到外界或人为因素的干扰而造成系统运行中负载特性与机械特性出现变化，要将其变化呈现在坐标系内。（5）电动机的机械特性决定了其过渡过程。当电力拖动系统运行状态较为稳定时，负载转矩的大小决定了其电磁转矩的数量［3］。可使用运动方程式以及电动机工作原理的基本方程式推出。（6）根据电力拖动系统的运行状态以及过渡状态，呈现在坐标中的不同象限。

3 实例分析

以电力机车为例，如电力机车在水平状态运行，其在运行中遇到下坡时（图1），要求对其状态进行分析：（1）将电动机的机械特性与负载特性在同一个坐标系中呈现，如图2所示。（2）按照电力拖动系统的稳定运行条件可以确定，在图2中的A点，电力机车能够稳定正常运行。（3）在A点时，T与n都同时大于0，即电动机的运作状态为正向。（4）电力机车在受到外界干扰以后，负载的总转矩为（TL1－TL2），并且其值处于负数状态。由此可见，在电力机车由水平运行至下坡时，负载特性出现了变化。（5）电力机车的过渡过程主要是以机械运动的惯性为基础，运行至B点时，即处于稳定状态。B点为机械特性与产生变化后的负载特性的交叉点。（6）以电力拖动系统的稳定运行状态的概念为基准，在图2的第1象限中，A－n0为电动运行状态。在运行状态出现变化后，就在B点处稳定运行。（7）电力机车在遇到下坡时自动变为正向回馈制动运行状态。

图1 电力机车及电动机的运行状态

图2 电力机车的机械特性分解图

4 结语

要实现电能向机械能的转变，电力拖动系统显得尤为重要。要对电力拖动系统运行过程进行分析，首先要确定其转向，这对判断电磁转矩的正负有重要的意义。再次，要熟悉电力拖动系统的机械特性与负载特性，详细了解并掌握有关方程式，明确电力拖动系统正常稳定运行时需要的条件与环境，并对其运行状态进行判断。运用图解法对电力拖动系统进行分析较为直观，易于理解。通过对电力拖动系统进行初步分析，可以一定程度上推动电力拖动系统的发展。

［1］张圆，周滨，赵杰，等．发展我国低碳经济的挑战与探索［J］．科技资讯，2010（25）

［2］庄贵阳．节能减排与中国经济的低碳发展［J］．气候变化研究进展，2008（5）

［3］张青．低碳经济时代中国新能源产业的新机遇研究［J］．科技情报开发与经济，2010（10）