电力拖动系统的运动方程与负载转矩特性
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注意事项：
实际生产中，单一类型的负载并不多见，通常是几种 不同类型负载的相近或综合，既要全面考虑，又要抓 住重点。
5、起重机提升机构的负载情况示例
起重机提升机构的工作示意图
起重机在提升重物时，负载转矩TL是重物的重力矩和系统的 摩擦转矩之和。重力矩是位能性恒转矩负载，摩擦转矩是反 抗性恒转矩负载，二者的转矩特性不同。 由于提升重物时，重力转矩比摩擦转矩大得多，所以分析其 运行状态时，要以重力转矩为主，适当考虑摩擦转矩，或者 干脆将摩擦转矩忽略不计。
T为制动转矩， TL为驱动转矩。
T和TL都为驱动 转矩。
5.运动方程中各参数的方向
转速n：规定某一旋转方向为正，反之为负。 电磁转矩T：与n的正方向同向为正，反向为负。 负载转矩TL：与n的正方向反向为正，同向为负。
6.电力拖动系统的运动状态
当T＝TL时， 电动机静止或匀速运动，系统处于静态或稳态。 当T＞TL时， 系统处于加速状态，比如：电动机的启动过程。
一、电力拖动系统简介
• 凡是由电动机作原动机，拖动各类生产机械，完成 一定生产工艺要求的系统，统称为电力拖动系统。 电力拖动系统一般由电动机、传动机构、生产机械、 电源和控制设备等部分组成。
一、电力拖动系统简介
• 电力拖动系统的起源要追溯到19世纪末期，其标志 是电动机逐渐取代蒸汽机。
蒸汽机
电动机
旋转运动方程：
T
轴
TL n
：作用在旋转运动部件上的拖动转矩（N·m） ：负载转矩（N·m） ：转动系统的转动惯量（kg·m2） ：转动系统的机械角速度（rad/s） ：转动系统的机械角加速度（rad/s2）
2.单轴系统的旋转运动方程
● 用转速n代替机械角速度表示系统的速度， 用飞轮矩GD2代替转动惯量J表示系统的机械惯性。
当T＜TL时， 系统处于减速状态，比如：电动机的制动过程。 不论系统处于加速还是减速状态，转速n都要发生变化， 因而该状态被称为动态或者暂态。
四、电力拖动系统的负载转矩特性
电力拖动系统中，电动机及其轴上拖动的负载是连成 一体的。
影响电力拖动系统运行状态的两大因素： 1）电动机的机械特性 2）电动机轴上拖动的负载及负载转矩特性
负载转矩特性（简称负载特性）： 电力拖动系统的旋转速度n与负载转矩TL之间的函数关 系，即：n=f（TL）。
依据运动中呈现的特性不同，负载可分为三大类： 1.恒转矩负载 2.恒功率负载 3.通风机型负载
四、电力拖动系统的负载转矩特性
1、恒转矩负载特性
负载转矩TL大小恒定，不随转速n的改变而改变。
1）反抗性恒转矩负载特性
5.运动方程中各参数的方向
以电动机电动运行时的旋转方向，作为转速n的正方向。
电磁转矩T的方向，与转速n同向时 取正号；与转速n反向时取负号。 负载转矩TL的方向，与转速n同向时 取负号；与转速n反向时取正号。 与转速n同向的转矩为拖动转矩；与 转速n反向的转矩为制动转矩。 电磁转矩T和负载转矩TL都是如此。
常见的传动装置有齿轮减速箱、蜗轮蜗杆、皮带轮等。
齿轮减速箱
蜗轮蜗杆
皮带轮
二、单轴与多轴电力拖动系统
根据电动机与生产机械的连接关系不同，电力拖动系 统可分为单轴拖动系统和多轴拖动系统。
1.单轴拖动系统
单轴拖动系统是指电动机的输出轴直接拖动生产机械 （生产机械与电动机同轴）运转，中间不需要传动装 置的电力拖动系统。 常见的单轴拖动系统有: 通风机、水泵等。
加速度（∆n/∆t）的大小和正负，由电磁转矩T与负载转矩TL 的代数和决定。
5.运动方程中各参数的方向
转速n：设电动机电动运行时的旋转方向为正，反之为负。 电磁转矩T：与n的正方向同向为正，反向为负。 负载转矩TL：与n的正方向反向为正，同向为负。 例：以电动机提升重物（电动）时的转向为正方向
T为驱动转矩， TL为制动转矩。
负载转矩TL的方向与电动机的转 向n相反，总是阻碍转子的运转。 若电动机的转向n改变，负载转矩 TL的方向就随之改变。
例如：机床平移机构、传送带、搅拌 机、挤压机等摩擦类负载。
2）位能性恒转矩负载特性
负载转矩TL由重力作用产生，其大小和方向都恒定不 变，与生产机械的转速n无关。
如：吊车、提升机等 起重机类负载
3、通风机型负载特性
通风机型负载是按离心原理工作的机械。 负载转矩TL的大小与转速n的平方成正比：TL=kn2。 这பைடு நூலகம்负载所需的机械功率PL与转速n的3次方成正比。
鼓风机、水泵、油泵等就属于通风机型负载。
4、负载转矩特性的特点与注意事项
负载转矩特性的两个特点： 1）这三类负载转矩特性各自的特征明显，容易区分。 2）只有位能性负载转矩在重物下放时是拖动性转矩， 能促进重物下放；其它几种性质的负载转矩都是制动 性转矩，总是要阻碍生产机械的运动。
电动机
GDM2 T
GD12
1
电动机
L T'L
工作机构
T GD2
等效负载
TL
GDL2
3.多轴电力拖动系统的简化
单轴系统
多轴系统
4.电力拖动系统的通用运动方程
●多轴系统简化成单轴系统后，就能够使用单轴系统 的旋转运动方程了。 电力拖动系统的通用运动方程：
因为转矩是向量，既有大小又有方向，所以电力拖动 系统的实际运动方程为:
：转动体的质量（kg） ：转动体所受的重力（N）
：转动体的飞轮矩（N/m2）
：转动体的惯量半径（m） ：转动体的惯量直径（m）
单轴电力拖动系统的运动方程：
3.多轴电力拖动系统的简化
以电动机的轴为研究对象，将其它各轴上的负载转矩和 飞轮矩都折算到电动机轴上，综合等效为一个负载。
负载转矩是静态转矩，可根据静态时功率守恒的原则折算， 即折算前后，系统的功率不变。 飞轮矩与运动系统的动能有关，可根据动能守恒原则折算。
一、电力拖动系统简介
电力拖动的发展简史：
集中拖动
单独拖动
多电动机拖动
一、电力拖动系统简介
交流
电动机型 号各异
直流
负载特性 各不相同
生产机械 五花八门
所有电力拖动系统都服从动力学的普遍规律，可以 建立起通用的运动方程。
二、单轴与多轴电力拖动系统
实际生产中，电动机的转速一般较高，而很多生产机 械需要的转速却较低。 为了满足生产工艺要求，通常要通过传动装置将电动 机与工作机构相连，变速后再拖动生产机械运转。
起重机提升机构的传动系统示意图
三、电力拖动系统的运动方程
1.直线运动方程式
：作用在直线运动物体上的拖动力（N） ：作用在直线运动物体上的阻力（N） ：直线运动物体的质量（kg） ：物体直线运动的线速度（m/s） ：物体获得的直线运动加速度（m/s2）
2.单轴系统的旋转运动方程
电动机 Tn
TL 生产机械
2、恒功率负载特性
例如： 车床在切削加工时，粗加工切削量大，需要的负载 转矩TL大，要采用低速档加工；精加工切削量小， 需要的负载转矩TL小，要采用高速档加工。
注意事项：
负载的恒功率性质只表现在一定的转速范围内。 因为受机械强度的限制，转速n很低时，负载转矩TL 不可能无限地增大，负载的恒功率性质就不复存在， 反而转变为恒转矩性质。
单轴拖动系统结构示意图
二、单轴与多轴电力拖动系统
2.多轴拖动系统
多轴拖动系统是指电动机的输出轴不直接拖动生产机 械运转，而是通过传动机构与生产机械相连的电力拖 动系统。 常见的多轴拖动系统有：机床主轴、起重机提升机构等。
多轴拖动系统结构示意图
2.多轴拖动系统
车床的主传动系统示意图
2.多轴拖动系统
2）位能性恒转矩负载特性
起重机类负载特性
提升重物
T
TL
电动机轴
v
n
下放重物
T
TL n
电动机轴
v
2、恒功率负载特性
当转速n变化时，负载从电动机转轴上吸取的机械功率 PL为恒定值。 负载从电动机吸收的功率： 负载转矩TL的大小与转速n成反比：TLn=常数。
比如：轧钢机、造纸机、塑料薄膜生产 线上的卷取机、开卷机、各种机床等， 它们在工作中要求的转矩大体上都与转 速成反比，都属于恒功率负载。
实际生产中，单一类型的负载并不多见，通常是几种 不同类型负载的相近或综合，既要全面考虑，又要抓 住重点。
5、起重机提升机构的负载情况示例
起重机提升机构的工作示意图
起重机在提升重物时，负载转矩TL是重物的重力矩和系统的 摩擦转矩之和。重力矩是位能性恒转矩负载，摩擦转矩是反 抗性恒转矩负载，二者的转矩特性不同。 由于提升重物时，重力转矩比摩擦转矩大得多，所以分析其 运行状态时，要以重力转矩为主，适当考虑摩擦转矩，或者 干脆将摩擦转矩忽略不计。
T为制动转矩， TL为驱动转矩。
T和TL都为驱动 转矩。
5.运动方程中各参数的方向
转速n：规定某一旋转方向为正，反之为负。 电磁转矩T：与n的正方向同向为正，反向为负。 负载转矩TL：与n的正方向反向为正，同向为负。
6.电力拖动系统的运动状态
当T＝TL时， 电动机静止或匀速运动，系统处于静态或稳态。 当T＞TL时， 系统处于加速状态，比如：电动机的启动过程。
一、电力拖动系统简介
• 凡是由电动机作原动机，拖动各类生产机械，完成 一定生产工艺要求的系统，统称为电力拖动系统。 电力拖动系统一般由电动机、传动机构、生产机械、 电源和控制设备等部分组成。
一、电力拖动系统简介
• 电力拖动系统的起源要追溯到19世纪末期，其标志 是电动机逐渐取代蒸汽机。
蒸汽机
电动机
旋转运动方程：
T
轴
TL n
：作用在旋转运动部件上的拖动转矩（N·m） ：负载转矩（N·m） ：转动系统的转动惯量（kg·m2） ：转动系统的机械角速度（rad/s） ：转动系统的机械角加速度（rad/s2）
2.单轴系统的旋转运动方程
● 用转速n代替机械角速度表示系统的速度， 用飞轮矩GD2代替转动惯量J表示系统的机械惯性。
当T＜TL时， 系统处于减速状态，比如：电动机的制动过程。 不论系统处于加速还是减速状态，转速n都要发生变化， 因而该状态被称为动态或者暂态。
四、电力拖动系统的负载转矩特性
电力拖动系统中，电动机及其轴上拖动的负载是连成 一体的。
影响电力拖动系统运行状态的两大因素： 1）电动机的机械特性 2）电动机轴上拖动的负载及负载转矩特性
负载转矩特性（简称负载特性）： 电力拖动系统的旋转速度n与负载转矩TL之间的函数关 系，即：n=f（TL）。
依据运动中呈现的特性不同，负载可分为三大类： 1.恒转矩负载 2.恒功率负载 3.通风机型负载
四、电力拖动系统的负载转矩特性
1、恒转矩负载特性
负载转矩TL大小恒定，不随转速n的改变而改变。
1）反抗性恒转矩负载特性
5.运动方程中各参数的方向
以电动机电动运行时的旋转方向，作为转速n的正方向。
电磁转矩T的方向，与转速n同向时 取正号；与转速n反向时取负号。 负载转矩TL的方向，与转速n同向时 取负号；与转速n反向时取正号。 与转速n同向的转矩为拖动转矩；与 转速n反向的转矩为制动转矩。 电磁转矩T和负载转矩TL都是如此。
常见的传动装置有齿轮减速箱、蜗轮蜗杆、皮带轮等。
齿轮减速箱
蜗轮蜗杆
皮带轮
二、单轴与多轴电力拖动系统
根据电动机与生产机械的连接关系不同，电力拖动系 统可分为单轴拖动系统和多轴拖动系统。
1.单轴拖动系统
单轴拖动系统是指电动机的输出轴直接拖动生产机械 （生产机械与电动机同轴）运转，中间不需要传动装 置的电力拖动系统。 常见的单轴拖动系统有: 通风机、水泵等。
加速度（∆n/∆t）的大小和正负，由电磁转矩T与负载转矩TL 的代数和决定。
5.运动方程中各参数的方向
转速n：设电动机电动运行时的旋转方向为正，反之为负。 电磁转矩T：与n的正方向同向为正，反向为负。 负载转矩TL：与n的正方向反向为正，同向为负。 例：以电动机提升重物（电动）时的转向为正方向
T为驱动转矩， TL为制动转矩。
负载转矩TL的方向与电动机的转 向n相反，总是阻碍转子的运转。 若电动机的转向n改变，负载转矩 TL的方向就随之改变。
例如：机床平移机构、传送带、搅拌 机、挤压机等摩擦类负载。
2）位能性恒转矩负载特性
负载转矩TL由重力作用产生，其大小和方向都恒定不 变，与生产机械的转速n无关。
如：吊车、提升机等 起重机类负载
3、通风机型负载特性
通风机型负载是按离心原理工作的机械。 负载转矩TL的大小与转速n的平方成正比：TL=kn2。 这பைடு நூலகம்负载所需的机械功率PL与转速n的3次方成正比。
鼓风机、水泵、油泵等就属于通风机型负载。
4、负载转矩特性的特点与注意事项
负载转矩特性的两个特点： 1）这三类负载转矩特性各自的特征明显，容易区分。 2）只有位能性负载转矩在重物下放时是拖动性转矩， 能促进重物下放；其它几种性质的负载转矩都是制动 性转矩，总是要阻碍生产机械的运动。
电动机
GDM2 T
GD12
1
电动机
L T'L
工作机构
T GD2
等效负载
TL
GDL2
3.多轴电力拖动系统的简化
单轴系统
多轴系统
4.电力拖动系统的通用运动方程
●多轴系统简化成单轴系统后，就能够使用单轴系统 的旋转运动方程了。 电力拖动系统的通用运动方程：
因为转矩是向量，既有大小又有方向，所以电力拖动 系统的实际运动方程为:
：转动体的质量（kg） ：转动体所受的重力（N）
：转动体的飞轮矩（N/m2）
：转动体的惯量半径（m） ：转动体的惯量直径（m）
单轴电力拖动系统的运动方程：
3.多轴电力拖动系统的简化
以电动机的轴为研究对象，将其它各轴上的负载转矩和 飞轮矩都折算到电动机轴上，综合等效为一个负载。
负载转矩是静态转矩，可根据静态时功率守恒的原则折算， 即折算前后，系统的功率不变。 飞轮矩与运动系统的动能有关，可根据动能守恒原则折算。
一、电力拖动系统简介
电力拖动的发展简史：
集中拖动
单独拖动
多电动机拖动
一、电力拖动系统简介
交流
电动机型 号各异
直流
负载特性 各不相同
生产机械 五花八门
所有电力拖动系统都服从动力学的普遍规律，可以 建立起通用的运动方程。
二、单轴与多轴电力拖动系统
实际生产中，电动机的转速一般较高，而很多生产机 械需要的转速却较低。 为了满足生产工艺要求，通常要通过传动装置将电动 机与工作机构相连，变速后再拖动生产机械运转。
起重机提升机构的传动系统示意图
三、电力拖动系统的运动方程
1.直线运动方程式
：作用在直线运动物体上的拖动力（N） ：作用在直线运动物体上的阻力（N） ：直线运动物体的质量（kg） ：物体直线运动的线速度（m/s） ：物体获得的直线运动加速度（m/s2）
2.单轴系统的旋转运动方程
电动机 Tn
TL 生产机械
2、恒功率负载特性
例如： 车床在切削加工时，粗加工切削量大，需要的负载 转矩TL大，要采用低速档加工；精加工切削量小， 需要的负载转矩TL小，要采用高速档加工。
注意事项：
负载的恒功率性质只表现在一定的转速范围内。 因为受机械强度的限制，转速n很低时，负载转矩TL 不可能无限地增大，负载的恒功率性质就不复存在， 反而转变为恒转矩性质。
单轴拖动系统结构示意图
二、单轴与多轴电力拖动系统
2.多轴拖动系统
多轴拖动系统是指电动机的输出轴不直接拖动生产机 械运转，而是通过传动机构与生产机械相连的电力拖 动系统。 常见的多轴拖动系统有：机床主轴、起重机提升机构等。
多轴拖动系统结构示意图
2.多轴拖动系统
车床的主传动系统示意图
2.多轴拖动系统
2）位能性恒转矩负载特性
起重机类负载特性
提升重物
T
TL
电动机轴
v
n
下放重物
T
TL n
电动机轴
v
2、恒功率负载特性
当转速n变化时，负载从电动机转轴上吸取的机械功率 PL为恒定值。 负载从电动机吸收的功率： 负载转矩TL的大小与转速n成反比：TLn=常数。
比如：轧钢机、造纸机、塑料薄膜生产 线上的卷取机、开卷机、各种机床等， 它们在工作中要求的转矩大体上都与转 速成反比，都属于恒功率负载。