吳英才

（廣州市白云機(jī)電設(shè)備安裝工程有限公司，廣東 廣州510405）

0 引言

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大背景下，我國(guó)機(jī)械電氣行業(yè)邁上了一個(gè)新的臺(tái)階。其中，電力拖動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)械行業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)，是電氣與機(jī)械綜合的系統(tǒng)，主要由電源、電動(dòng)機(jī)、控制設(shè)備、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等部分組成。電源作為控制設(shè)備與電動(dòng)機(jī)的能源，主要分為交流電源與直流電源。電動(dòng)機(jī)是生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，主要作用就是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能?？刂圃O(shè)備的主要任務(wù)就是控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是在電動(dòng)機(jī)與生產(chǎn)機(jī)械的工作機(jī)構(gòu)之間傳遞力量的裝置。本文通過(guò)初步了解電力拖動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的基本知識(shí)

1．1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式為：

（1）在電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)作過(guò)程中，Tem、TL、n的方向都是不確定的。那么就需要對(duì)以上方程式進(jìn)行正方向定位。一般都是以電動(dòng)機(jī)在工作狀態(tài)中的旋轉(zhuǎn)方向作為正方向；其中電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向與電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向相同時(shí)則為正，方向相反時(shí)則為負(fù)數(shù)；當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩與其規(guī)定的方向不一致時(shí)則為正，與正方向一致時(shí)則為負(fù)。

（2）將電磁轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、負(fù)載轉(zhuǎn)矩等方向與正負(fù)確定之后，再根據(jù)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)方程式來(lái)進(jìn)行計(jì)算，從而判斷電力拖動(dòng)系統(tǒng)是處于加速、減速還是恒速運(yùn)行狀態(tài)。

1．2 電動(dòng)機(jī)的特性

電動(dòng)機(jī)可以分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)所拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型，再對(duì)其機(jī)械特性進(jìn)行判斷，例如機(jī)械的自身特性、人為特性等。對(duì)有關(guān)的方程式進(jìn)行了解與掌握，例如電壓平衡方程式、感應(yīng)電勢(shì)方程式等。

1．3 負(fù)載的特性

首先，需要對(duì)負(fù)載的機(jī)械特性進(jìn)行詳細(xì)了解，掌握各個(gè)方面的數(shù)據(jù)與資料。機(jī)械的實(shí)際負(fù)載特性通常是由幾種類型的特性組合而成的，所以要詳細(xì)了解其基本特性，進(jìn)而再進(jìn)行組合了解，同時(shí)要寫出其負(fù)載特性方程式，并根據(jù)負(fù)載特性繪制曲線圖。最后，依據(jù)所學(xué)動(dòng)力源知識(shí)對(duì)負(fù)載特性的方程式與曲線圖進(jìn)行分析，判斷其是否發(fā)生變化，當(dāng)發(fā)生變化時(shí)就要根據(jù)其特征對(duì)新的負(fù)載特性進(jìn)行分析。

1．4 過(guò)渡過(guò)程

電力拖動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)容易受到外界因素的干擾，例如電源電壓發(fā)生變化，負(fù)載轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)變化，或者人為對(duì)電動(dòng)機(jī)的參數(shù)進(jìn)行改變時(shí)，都會(huì)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。電力拖動(dòng)系統(tǒng)的過(guò)渡過(guò)程是基于機(jī)械存在慣性的條件下，機(jī)械產(chǎn)生的特性變化［1］。在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中，電動(dòng)機(jī)是非常重要的組成部分。當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，可以從運(yùn)動(dòng)方程式中看出，電磁轉(zhuǎn)矩的大小是由其負(fù)載轉(zhuǎn)矩決定的。

1．5 靜態(tài)穩(wěn)定性

在只考慮機(jī)械運(yùn)動(dòng)慣性的條件下，電力拖動(dòng)系統(tǒng)要想能夠在某點(diǎn)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行，必須符合以下幾個(gè)條件：首先，需要滿足的必要條件是電動(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，即拖動(dòng)系統(tǒng)處于能夠穩(wěn)定運(yùn)行的能力點(diǎn)。公式為：

1．6 運(yùn)行狀態(tài)

電力拖動(dòng)系統(tǒng)是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)，判斷依據(jù)主要是其基本概念。電力運(yùn)行：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方向一致時(shí)，T與n的狀態(tài)同時(shí)處于正數(shù)或者負(fù)數(shù)。制動(dòng)運(yùn)行：電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩與系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)方向相反時(shí)，T與n的狀態(tài)分別為正數(shù)或負(fù)數(shù)。同時(shí)，制動(dòng)又分為回饋制動(dòng)與能耗制動(dòng)［2］。如果n的絕對(duì)值大于n0的絕對(duì)值，那么T與n必然處于相反的狀態(tài)，如表1所示。

表1 電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)特征表

2 分析方法

對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的分析可以采用圖解法或者代數(shù)法。鑒于圖解法的特點(diǎn)較為直觀且容易理解，所以主要對(duì)圖解法進(jìn)行詳細(xì)介紹：（1）將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械性能與負(fù)載性能在同一個(gè)坐標(biāo)系內(nèi)同時(shí)呈現(xiàn)，坐標(biāo)系為T－n。（2）根據(jù)電力拖運(yùn)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)條件，經(jīng)過(guò)公式計(jì)算，判斷其初期運(yùn)行狀態(tài)是否符合穩(wěn)定運(yùn)行的條件，并判斷其是否是穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。（3）能夠在某點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)行，就要對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析。（4）如果電力拖動(dòng)系統(tǒng)并不能夠穩(wěn)定運(yùn)行，或者受到外界或人為因素的干擾而造成系統(tǒng)運(yùn)行中負(fù)載特性與機(jī)械特性出現(xiàn)變化，要將其變化呈現(xiàn)在坐標(biāo)系內(nèi)。（5）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性決定了其過(guò)渡過(guò)程。當(dāng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)較為穩(wěn)定時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小決定了其電磁轉(zhuǎn)矩的數(shù)量［3］?？墒褂眠\(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。（6）根據(jù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)以及過(guò)渡狀態(tài)，呈現(xiàn)在坐標(biāo)中的不同象限。

3 實(shí)例分析

以電力機(jī)車為例，如電力機(jī)車在水平狀態(tài)運(yùn)行，其在運(yùn)行中遇到下坡時(shí)（圖1），要求對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行分析：（1）將電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性與負(fù)載特性在同一個(gè)坐標(biāo)系中呈現(xiàn)，如圖2所示。（2）按照電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行條件可以確定，在圖2中的A點(diǎn)，電力機(jī)車能夠穩(wěn)定正常運(yùn)行。（3）在A點(diǎn)時(shí)，T與n都同時(shí)大于0，即電動(dòng)機(jī)的運(yùn)作狀態(tài)為正向。（4）電力機(jī)車在受到外界干擾以后，負(fù)載的總轉(zhuǎn)矩為（TL1－TL2），并且其值處于負(fù)數(shù)狀態(tài)。由此可見，在電力機(jī)車由水平運(yùn)行至下坡時(shí)，負(fù)載特性出現(xiàn)了變化。（5）電力機(jī)車的過(guò)渡過(guò)程主要是以機(jī)械運(yùn)動(dòng)的慣性為基礎(chǔ)，運(yùn)行至B點(diǎn)時(shí)，即處于穩(wěn)定狀態(tài)。B點(diǎn)為機(jī)械特性與產(chǎn)生變化后的負(fù)載特性的交叉點(diǎn)。（6）以電力拖動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)的概念為基準(zhǔn)，在圖2的第1象限中，A－n0為電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)變化后，就在B點(diǎn)處穩(wěn)定運(yùn)行。（7）電力機(jī)車在遇到下坡時(shí)自動(dòng)變?yōu)檎蚧仞佒苿?dòng)運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 電力機(jī)車及電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)

圖2 電力機(jī)車的機(jī)械特性分解圖

4 結(jié)語(yǔ)

要實(shí)現(xiàn)電能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)變，電力拖動(dòng)系統(tǒng)顯得尤為重要。要對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行分析，首先要確定其轉(zhuǎn)向，這對(duì)判斷電磁轉(zhuǎn)矩的正負(fù)有重要的意義。再次，要熟悉電力拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械特性與負(fù)載特性，詳細(xì)了解并掌握有關(guān)方程式，明確電力拖動(dòng)系統(tǒng)正常穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)需要的條件與環(huán)境，并對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷。運(yùn)用圖解法對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析較為直觀，易于理解。通過(guò)對(duì)電力拖動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行初步分析，可以一定程度上推動(dòng)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展。

［1］張圓，周濱，趙杰，等．發(fā)展我國(guó)低碳經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)與探索［J］．科技資訊，2010（25）

［2］莊貴陽(yáng)．節(jié)能減排與中國(guó)經(jīng)濟(jì)的低碳發(fā)展［J］．氣候變化研究進(jìn)展，2008（5）

［3］張青．低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代中國(guó)新能源產(chǎn)業(yè)的新機(jī)遇研究［J］．科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2010（10）