电源负载系统工作点稳定性分析

由上面讨论得知：若“电源-负载”系统能够工作，必须使电源VAC曲线与负载VAC曲线形成交点，即有系统工作点。如果有系统工作点，这个工作点是不是个稳定的工作点？

首先应给出稳定工作点的定义，然后讨论“电源-负载”系统稳定工作点的条件。

1.稳定工作点的定义

稳定工作点的定义是：“电源-负载”系统在外界干扰因素作用下，“电源-负载”系统工作点就会偏离原有位置；外界干扰因素一旦消失，如果“电源-负载”系统本身能使工作点恢复到原有位置，则这工作点是稳定的。否则，工作点是不稳定的。这个定义是从图2-14中，处于斜坡上的小球（机械系统）位置稳定性的定义引申而来。

图2-14中的曲线①是电源的伏-安特性曲线，曲线②是电弧的VAC曲线，二曲线形成A、B两个工作点。是不是系统既可在A点工作，又可在B点工作呢？经分析会得知：A点是稳定的工作点；B点是不稳定的工作点，在外界干扰因素作用下，一旦偏离原有位置就不再回来。

图2-14 “电源-电弧”系统的工作点的稳定性

在B点，偏离原有位置，既可左偏，亦可右偏。图2-14中，以向右偏为分析前提。

在外界干扰因素作用下，B点右偏，对应的电源沿电源VAC曲线①偏至B_S点；对应的（电弧）负载沿电弧VAC曲线②偏至B_F点；“电源-负载”系统的电流产生正偏增量ΔI_S；

外界干扰因素消失后，系统能否返回B点？由图看出：返回B点，是系统电流增量ΔI_S为负值的方向，也就是说，若返回B点，系统本身要促使ΔI_S减小。但是此刻电源提供的电压U_BS却大于使电流减小所需的电弧电压U_BF。结果是“电源_-负载”系统的ΔI_S反倒越来越大，系统更加偏离B点。所以B点是不稳定的。这与B点小球机械系统相似。

在A点，当A点右偏后，“电源-负载”系统发生的变化条件都是促使A点恢复的（分析思路与B点相同），所以A点是稳定的。这与A点小球机械系统相似。

2.稳定工作点的判据

由上面对“电源-负载”系统稳定工作点的初步讨论，已经可以看出：“电源_-负载”系统具有稳定工作点的关键是电源VAC曲线与负载VAC曲线的匹配关系。

通过以下的讨论，要得出满足“电源-负载”系统有稳定工作点的一般性条件，也就是“电源-负载”系统有稳定工作点的判（定依）据。

图2-15a中，A点是稳定的。稳定的A点向右偏离后，系统产生正电流偏移增量ΔI_S；电源产生负电压增量ΔU_S；负载也产生负的电压增量ΔU_F；但ΔU_S﹥ΔU_F。

图2-15 “电源-负载”系统稳定的工作点

再从电源VAC曲线与负载VAC曲线的斜率看：稳定的A点向右偏离后，电源VAC曲线的斜率绝对值要大于负载VAC曲线的斜率绝对值，即：

因为tanα与tanβ分别为：(www.xing528.com)

，所以满足A点稳定的条件可表示为：tanα﹥tanβ，即：，去掉绝对值符号，则应为：

式（2-9）是“电源-负载”系统具有稳定工作点的条件，也就是稳定工作点的判据。有了这个判据，既可以判定“电源-负载”系统工作点的稳定性，也是在给出负载类型后，设计或选择适合电源的依据。

例如：假设图2-15a中的线段②表示的是电弧负载VAC曲线在工作点附近的一段；线段①表示的是电源VAC曲线在工作点附近的一段，那么根据判据A点是稳定工作点；同时也明确：对电弧类负载，当其U形VAC曲线处于下降段或水平段时，电源VAC曲线在工作点的斜率绝对值必须大于电弧负载的斜率，“电源-电弧”系统才能稳定工作。

而在图2-15b中，线段②表示的电阻负载VAC曲线在工作点附近的一段，任何具有下降形状、水平形式的VAC的电源都能使“电源-电阻”系统稳定工作。

3.“电源-负载”系统工作点的调节特性

能对电负载的电功率进行调节，是对“电源-负载”系统的最基本要求。负载的电功率调节，主要指负载稳态电流I_F与负载上稳态电压降U_F的调节。

图2-16中，曲线④是电弧类负载的VAC曲线；折线①，即折线a—b₁—c₁是晶闸管整流器类电源的一条VAC曲线；①、④二线有交点A_H1，点A_H1是稳定工作点。点A_H1对应的电弧负载电流为I_H1、电弧负载电压降为U_H1。

若要使电弧负载电流增大到I_H2，应调节晶闸管整流器电源的控制电路，使电源的VAC曲线由①变为②，从而得到稳定工作点A_H2。

实际上，通过对晶闸管整流器电源控制电路的调节，可在其电源的VAC曲线①、②之间得到无数条平行于b₁—c₁、b₂—c₂的直线，即“一簇”直线，于是得到无数个稳定工作点A_H3…，即得到无数个电弧负载电流I_H3…

负载电流I_H1是负载电流的最小值；I_H2是负载电流的最大值；I_H1～I_H2是负载电流的调节范围。这种通过对电源控制电路的调节达到对负载电流的连续调节功能，就称为负载电流的无级调节。

由图2-16还可看出：对电弧负载来说，调节电弧负载电流的同时，电弧电压也被调节，但调节范围不大。特别是，当电弧电流处于水平段时，电弧电压则不变。

图2-16 “电源-负载”系统工作点的调节特性

①、②—晶闸管整流器类电源的VAC曲线

③—电阻类负载的VAC曲线

④—电弧类负载的VAC曲线

对电阻负载来说，由图2-16可清楚看出：调节电阻负载电流的同时，电阻上的电压降会随之在大范围内被调节。

综上，负载稳态电流与负载稳态电压的调节特性，完全由电源的VAC确定，也就是说，对负载电流与电压的调节，本质上是对电源伏-安特性的调节。