为电机在额定电压下运行时的转矩/转速特性曲线,B、C和D为电机电压依次降低到Ub、Uc和Ud(Ub>Uc>Ud)时对应的转矩/转速特性曲线,E是泵系统的负载特性曲线,其转矩变化正比转速变化的平方。A和E的交点a是电机的满载工作点,即泵系统的工作点。
当所示的泵系统进行线性斜坡降压软停时,随着电机电压的逐步降低,泵系统的工作点将从a点向b点、c点、d点的方向移动,同时泵系统的转速也逐步降低。当电机的转速低于其临界转速时,电机的转矩/转速特性曲线的斜率改变符号。对于恒转矩负载,这时电机就发生堵转现象。对于泵类负载,由于负载转矩变化正比于转速变化的平方,负载转矩/转速特性斜率大于电机转矩/转速特性斜率,系统是静态稳定的,故电机不会发生堵转,但这时泵系统工作点(如c点,d点)的动态稳定性远差于转速高于临界转速时(如a点,b点)的动态稳定性。这时小的负载扰动就引起较大的转速波动,甚至引起系统振荡。流量和压力的变化被非压缩性的液体迅速传递到流经的管道和阀门,导致泵系统产生喘振和噪声。
线性斜坡降压软停控制方式是开环控制,因此不能抑制泵系统振荡的发生。要解决泵系统软停时的振荡问题,必须采用闭环控制。引入转速闭环控制可以解决振荡问题,但需要安装额外的测速装置,这对泵类负载通常是不可行的。笔者通过研究,选取有功功率作为控制量来进行闭环控制,较好地解决了泵系统软停问题。
对于异步电机驱动的泵系统,电机的有功功率主要有3部分构成:P=PT+PCu+PFe(4)式中P电机的有功功率PT电机输出的机械功率PCu电机的铜耗PFe电机的铁耗通常电机轴同泵是直接连接的,基本没有传动损耗,故电机输出的机械功率基本全部被泵负载消耗。机械功率在电机1的有功功率中占绝大部分的比重,因此如果忽略电机的铜耗和铁耗,可以得出如下关系:P2P1UPT2PT1=W2W1WN2N13(5)即:P2P1WN2N13(6)式(6)说明电机的有功功率是转速的函数,并且这种关系是单调的,即对给定的电机有功功率,则将有**的泵转速与之对应。
如果将电机的有功功率进行闭环控制,在给定的有功功率下,异步电机的转矩/转速特性将变成如中曲线A、B、C和D的形状。有功功率闭环控制改善了异步电机的转矩/转速特性,使得泵系统的工作点具有较好的稳定性,中泵系统工作点的稳定性同比较有很大的提高。当有功功率给定按一定的规律降低时,如所示,泵系统的工作点从a点沿泵系统负载特性曲线E向b点、c点、d点方向移动,泵转速得以平稳地降低。