电力拖动系统运行过程的分析

张国平

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摘要：电力拖动系统是由电动机作为动力来源，拖动相关的机械设备正常运转，达到完成生产任务的目的。随着电子元器件制备技术和制备工艺的飞速发展，逐渐出现了变频变压调速系统，而且最近几年市场上出现了具有大功率和高反压场效应三极管，这些电子技术的进步使电梯的拖动系统由理论变为现实，其在运行过程中主要存在的问题包括谐波问题、噪声与振动问题和发热问题，解决的主要原则就是采取针对性的处理措施，根据实际情况制定适当的解决计划。

关键词：电力拖动系统；运行；过程分析

引言

电力拖动系统中包括电源、电动机、控制设备等部分。其中，作为控制设备与电动机的能源，电源主要分为直流电源和交流电源：电动机作为生产机械的原动机，它将电能转化为机械能;控制设备控制着电动机的运转，而传动机构则传递着电动机与生产机械之间的力量。本文针对电力拖动系统运行过程展开讨论。尽管电力拖动系统的保护功能较好，但其元件在高强度运行阶段难免出现故障问题，所以若想保障电力拖动系统的安全运行，便需要采取针对性的安全保护措施，确保系统的运行质量和效率。

1电力拖动系统的概述

1.1电力拖动系统在生产企业中的重要意义

电力拖动系统在现代化的生产生活中是必不可少的。现代社会生活生产节奏加快，电力能源在社会生活生产中占据主要作用。而在实行电力自动化的今天，由电力能源延伸出的主要功能系统——电力拖动系统也为人们的生产生活带来了重大的改变。现代社会追求复杂、精致、批量、快速的生产生活方式，但人工作业生产已不能满足现代所需，是以电力拖动系统的出现为人们解决了这一难题，其因由电力能源作为推动力，适合生产大型、精细、复杂的产品，并且能大批量进行生产加工，满足人们日常生活生产所需。

1.2电力拖动系统的分类

电力拖动系统的分类是按照系统中电动机供电种类来区分:分为交流拖动系统与直流拖动系统。

(1)交流拖动系统。交流拖动系统多运用于企业生产加工的过程中，其源动力是三相交流电。交流拖动系统中的电机类型有交流双速电动机、交流调压调速系统同及变频变压调速系统三种。在现代生产中应用最为广泛的则是变频变压调速系统。

(2)直流拖动系统。直流拖动系统可分为可控硅励磁系统和可控硅直接供电系统。直流拖动系统一般用于交通运输过程中的电力拖动。其具有调速机械特性较好、可调速范围大等优点。但直流拖动系统中的电动机的换向器在运行过程中磨损严重，日常维护量较大，所需消耗的电力能量较高等缺陷，是以使用范围较小，多运用于小型机械设备生产运行当中。

1.3电力拖动系统的优势

电力拖动系统作为现代化生产生活所需重要环节，应用较为广泛的是变极调速技术，其原因是因为在拖动系统中的电动机的调速范围更大，调速精准度更高，并且在运行中可以实现快速逆道运行，在生产中能够满足现代机械高速运行的需求，有效提高机械运行的效率，比直流拖动系统更具优势。

2电力拖动系统的基本知识

2.1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。

2.2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。

2.3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。

2.4过渡过程

当拖动系统因外部干扰(如电源电压变化)、负载转矩或人为改变电动机的参数时，拖动系统的稳定运行状态被打破，首先必须明确其过渡过程是在只考虑系统机械惯性(即转速不能突变时，沿着电机的机械特性变化，因为在拖动系统中电动机是拖动的主体。其次拖动系统处于稳态运行时，电动机产生的电磁转矩大小是由负载转矩的大小决定(用运动方程式和电动机的基本方程式可以证明以上两点

2.5静态稳定性

电力拖动系统能否在某点稳定运行，是在只考虑系统机械惯性时，首先要满足稳定运行的必要条件，即电动机的机械特性与负载特性有交点，其次满足稳定运行的充分条件，即系统具有恢复到稳定运行点的能力。公式为：

3变频器应用中的一些问题

3.1谐波问题

在电力拖动系统中，变频器应用的主电路中能够起到开胃作用的元器件都可能会产生谐波。相对较低频率的谐波对于电力拖动系统中电动机的负载影响很大，甚至可能会导致转矩脉动，而如果电力拖动系统的谐波频率过高，可能会使电缆的漏电，使电动机的负载大大增大，进而导致电力拖动系统电动机的功率相对不足。

3.2噪声与振动问题

电力拖动系统在运行过程中的噪声与振动问题是影响电梯性能与指标的关键性因素，如果采用变频器进行调速，其产生的噪音和震动会随着变频器输出能量大小而变化，随着变频器运转频率的变化，其谐波的分量都在很大的大量发生变化，这种谐波很有可能与电动机的机械振动发生共振，进而大大增大电力拖动系统的噪音。

3.3发热问题

电力拖动系统由于存在很多的机械咬合部件，在其快速运转过程中，容易因为摩擦而产生热量，另外，电力拖动系统中的变频器在运行过程中，由于内部损耗而产生热量，这种热量在出电路中积累可占到 90% 以上，如果变频器在夏季环境中持续运行，其发热现象会更为明显，根据相关文献研究报道，变频器在 30 摄氏度环境下连续运作后发热后的温度可以达到 90 度以上，如果在变频器附近设置大量的电子器件，例如电容器等电子器件，可能就会因为变频器运转过程中温度过高而造成元器件失效，严重的甚至会导致电梯的保护作用。

4变频器应用中一些问题的分析与处理

4.1对谐波问题的处理

在电力拖动系统中处理好谐波的问题，其根本就是要切断危险的传播途径， 从危险的传播途径方面切除干扰源的谐波发射，就目前情况来说，谐波传播途径的主要方式包括以下几点：一是切断共用接地线，详细点说就是将电力拖动系统的动力装置的接地的接地一端接到地上，而电力拖动系统控制装置的接地端子接到该装置盘的金属壳上。二是将电力拖动系统的信号线与能够干扰电子电线得电流导线分布分别分布。举个例子来说，把高压电缆、动力电缆、控制电缆与仪表电缆、计算机电缆分开走线。

4.2对噪声与振动问题的处理

对于电力拖动系统普遍存在的噪声与振动问题，其解决的方法应该从以下角度考虑，当电力拖动系统中的变频器输出低频率的谐波分量时，其可能与机械振动的频率发生共振，会使噪音大大增大，要想彻底解决这种难题，需要通过变频系统与交流电抗装置相连接，使噪音的降低程度达到最高限度。降低噪音震动的实际方法是在变频器的输出端子部位链接上交流电抗器材，最大程度吸收变频器流出的高谐波电流部分，改变传统的采用方波的 PWM 形式为 SPWM 形式，可最大限度降低脉动的转矩作用，削弱振动幅度，从而达到降低噪音的目的。

4.3对发热问题的处理

传统的变频器一般是通用型号，这类变频器对运作环境所需要的温度是有要求的，因此，为了能够确保传统变频器的正常运作，同时使变频器的寿命得到延长，需要根据不同的季节特点加强对变频器的散热处理，例如在冬季寒冷的时候，可以利用变频器的自身散热风扇吹走大部分热量，而在夏季炎热的时候，变频器周围的环境温度可高达 40℃以上，仅仅通过变频器自身的风扇并不能达到很好的降温效果，因为变频器自身的热量会通过风扇想四周环境扩散，变频器将其内部的热量带走就会让变频器的箱体以及室内的温度大大升高，在这种情况下对变频器进行降温最好的方法就是运用窗户或者是把机配电室与变频器箱体紧紧相连的墙壁上方和下方都均匀的、适当的打上几个 500mm 的洞。 当然， 如果变频器安装条件不允许的话，可以考虑运用运用空调调节室内温度的方法来对装有变频器的空间进行强制性的降温。

结束语

电力拖动系统在实现电能向机械能转变中尤其重要。然而，电力拖动系统的运行过程是比较复杂的。首先要确定其转向，再要熟悉其机械特性和负载特性，并掌握相关方程式，明确其正常运行时需要的条件，从而对其运行状态进行判断。所以，只有深刻理解这些知识点并采用正确的方法，才能够准确分析拖动系统的运行状态和运行过程。对变频器工作过程中可能出现的故障问题进行系统化的研究是十分重要的，这对于预防和提高变频器使用效果具有重要的实践意义。

参考文献

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