第二章电机与拖动
电机与拖动第二章
7—风扇
8—电枢绕组 9—电枢铁心
直流电机剖面图
6
直流电机结构示意图
7
直流电机横剖面示意图
8
转子
定子
端盖
直流电机的定子、转子和端盖
9
10
（一）直流电机的静止部分 1、主磁极 2、换向极
1—主磁极铁心 2—励磁绕组
1—换向极铁心 2—换向极绕组
11
3—机座
3、机座——用来固定主磁极、换向极 和端盖；另外，又作为磁路的一部分。 4、电刷装置
对应于额定电压、额定电流、 额定转速及额定功率时的励 磁电流
额定转速nN
励磁方式 在额定电压、额定电流下， 运行于额定功率时对应的 转速 指直流电机的励磁线圈与电 枢线圈的连接方式
21
电机铭牌上的其它数据：
励磁电压、出厂日期、出厂编号等。
电机运行时，所有物理量与额定值相同——电 机运行于额定状态。电机的运行电流小于额定电 流——欠载运行；运行电流大于额定电流——过载 运行。长期欠载运行将造成电机浪费，而长期过载 运行会缩短电机的使用寿命。电机最好运行于额定 状态或额定状态附近，此时电机的运行效率、工作 性能等比较好。
额定功率 PN
额定电压 UN
在额定工况下，电机 出线端的平均电压 发电机：是指输出额定电压； 电动机：是指输入额定电压。
19
直流发电机的额定容量应为
电机与拖动基础第2章
A
第六章 交流电机的旋转磁场理论 由第一章所述的电磁感应原理，可以认为磁动势 FA全部消 耗在两段气隙上，即任一磁力线在每段气隙上所消耗的磁动势 都是 Ni / 2 。把图6-2a展开后便得到图6-2b所示的磁动势分布，这 是一个矩形波，其高度为
1 FA Ni 2
（6-1）
假如线圈中的电流i是稳恒电流，其数值和方向恒定不变，那么 矩形波磁动势的高度也将恒定不变。而实际上交流电机电枢绕 组中流过的是交变电流，其电流的大小和方向都是随时间而变 化的，因此矩形波磁动势的高度也将随时间而变化。设线圈电 流为 i 2I coset
4 Ni πx FA1 ( x, t ) cos π 2
（6-3）
其中， x表示定子内表面的圆周距离，极距 τ 表示相邻极间的圆 周距离。上式可进一步写为
FA1 ( x, t ) Fm1 cos et cos
其中，磁动势基波分量的幅值 Fm1 0.9 NI 。
πx
（6-4）
三、三相电枢绕组的磁动势 通过合理布置定子槽中的三相电枢绕组， 可以有效减小气 隙中的磁动势谐波。 认为每相电枢绕组产生的磁动势在空间是 正弦分布的，并且三相磁动势在空间互差120电角度，那么根 据式（6-4），三相电枢绕组的磁动势可分别写成
n1 n s n1
第二章 电机的 基本原理 三相定子 旋转磁场分析 直流电机 结构与原理
电机与拖动第二章2014
nmax （在额定负载下） D nmin
不同生产机械要求的调速范围是不同的，例如车床D＝20～120， 龙门刨床D＝10～40，机床的进给机构D＝5～200，轧钢机D＝3～ 120，造纸机D＝3～20等
2．静差率（或称相对稳定性）
nN n0 nN 100% 100% n0 n0
练习题
作业：2－10 2－22 2－27
某他励直流电动机有关数据为： UN＝220V，IN＝41.4A， nN＝1500r/min， 电枢回路总电阻Ra＝0.4，当额定负载时： （1）如果在电枢电路中串入R＝1.65，求串接电 阻后的转速； （2）如果电源电压下降为110 V，求电枢内无串接 电阻时的转速； （3）若减弱励磁使磁通减小10％，求电枢不串接 电阻时的转速（调整前后转矩不变）。
一般直流电动机不允许直接起动。
U Ea Ia Ra R
起动瞬间： U＝UN；Ea＝0；R＝0
引起电网电压波动；
使电动机的换向恶化； 损坏电枢绕组和传动机构。
U N (10 ~ 20) I Ia N Ra
U 200V
U 150V
他励直流电动机的起动方法
起动要求：1 启动初瞬 2 满励磁起动
dn 0 dt dn 0 dt
电力拖动系统处于加速状态
电机与拖动PPT课件
1
电机与拖动电子教案
绪论 第一章 直流电机 第二章 直流电动机的电力拖动 第三章 变压器 第四章 三相异步电动机 第五章 三相异步电动机的电力拖动 第六章 同步电机 第七章 驱动和控制微电机 第八章 电力拖动系统中电动机的选择
2
绪论
0.1 电机及电力拖动系统概述
电机是利用电磁感应原理工作的机械。 电机常用的分类方式有两种：一是按功能分，有发电机、 电动机、变压器和控制电机四大类；二是按电机结构或转速分， 有变压器和旋转电机。
4
绪论
0.2 本课程的性质、任务和内容
本课程是自动化、电气工程及自动化（供用电技术方向）和 农业电气化与自动化等专业的一门专业基础课。
本课程的任务是让学生掌握电机的基本结构和工作原理， 以及拖动系统的运行性能、分析计算、电机选择及试验方法， 培养在电机及电力拖动方面分析和解决问题的能力，为今后学 习和工作打下坚实的基础。
为了学好本门课程，必须做到以下几点： 1、抓主要矛盾，有条件地忽略去一些次要素； 2、抓住重点，牢固掌握基本概念、基本原理和主要特性； 3、要有良好的学习方法，运用对比或比较的方法，分析电机的 共性和特点，加深对原理和性能的理解； 4、理论联系实际，重视科学实验和工程实践；
5、充分预习和复习。
6
本章主要讨论直流电机的基本结构和工作原理，讨论直流电 机的磁场分布、感应电动势、电磁转矩、电枢反应及影响、换向 及改善换向方法，从应用角度分析直流发电机的运行特性和直流 电动机的工作特性。
电机与拖动第二章直流电动机的电力拖动习题集答案
1、一台直流他励电动机的额定数据为： P N =21kW , U N =220V, I N =112A, n N =950r/min , Ra=0.45Q 。求固有特性方程并点绘固有特性曲线。
解：
C T ① N =9.55C e ①=9.55X 0.18=1.72 n^-U ^ =空=1222r/min
C e ① N 0.18
「C ：Ck^ 二磐鼻 i.43
n =n 0
- P T =1222-1.43T
2、一台他励电动机的铭牌数据为：P N =40kW, U N =220V,I N =207.5A, R a =0.067 Q o （1）如果电枢电路不串接电阻起动，则起动电流为额定电流的几倍？ （ 2）
如将起动电流限制为1.5I N ，求应串入电枢电路的电阻值。
U 220
解:（
1）
I
S -R N=0.06<
3283
-
6A
设起动电流倍数为K
需=15.8
220
———=1.5X 207.5 R B =0.640
0.067 + R B
台他励直流电动机数据为： P N =7.5kW ，U N =110V, I N =79.84A,
n N =1500r/mi n 电枢回路电阻 R a =0.10140，求：（1）U =U N ^*N 条件下，电 枢电流
l a =60A 时转速是多少？（ 2）U =U N 条件下，主磁通减少15%，负载转
矩为T N 不变时，电动机电枢电流与转速是多少？ （ 3）U =UN,*=h 条件下, 负载转矩为0.8T N ，转速为（-800）r/min ，电枢回路应串入多大电阻?
电机与拖动课程教学大纲
电机与拖动》课程教学大纲
英文名称： Motors and Electric Drives
一、课程说明
1．课程性质：学科基础选修课。 2．课程的目的和任务
本课程的目的和任务是使学生掌握常用的交、 直流电机， 控制电机及变压器等的 基本结构与工作原理以及电力拖动系统的运行性能、 分析计算及电机选择与实验方法 等，为学习《机床电气控制》及《机电一体化系统设计》等后续课程准备必要的基础 知识。
3． 适应专业：本大纲适用于机械电子工程、电气化与自动化等非电机制造类专业的 本科课程教
学。
4． 学时与学分
总学时 80学时，其中理论教学 66 学时，实验教学 14学时，共 4.5 学分。教学 学时分配见第四部分。
先修课程：电路分析基础、模拟电子技术、电力电子技术等。 推荐教材或参考书目：（含教材名，主编，出版社，出版年份） 推荐使用由电子工业出版社出版，邱阿瑞主编的《电机与电力拖动》教材。 主要参考书目： （1）
（2） （3） （4） （5） （6） 主要教学方法与手段
本课程采用课堂教学与模型、实验教学相结合的方法。共开设有关实验 14 个学 时，
具体实验内容与所需实验仪器、设备等见实验大纲要求。
8．考核方式：（说明，成绩评定办法）
理论考试成绩占 70％，实验及平时作业等占 30％。
9．课外自学要求 （ 包含作业要求 ）
5．
6．
7．
唐介主编 . 电机与拖动 . 北京：高等教育出版社， 2003
顾绳谷主编 . 电机及拖动基础（第二版） . 北京：机械工业出版社， 1997 朱东起主编 . 电机学（上、下册） . 北京：中央广播电视大学出版社， 1995 李发海等编著 .电机学（上、下册 ）. 北京：科技出版社， 1991 杨兴瑶编 . 电动机调速的原理及系统 . 北京：水利电力出版社， 1979 丛望，郭镇明编 . 电机学 .哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社， 1996
电机与拖动基础答案(第四版)
电机与拖动基础答案(第四版)电机与拖动基础答案(第四版)
第一章电机基础知识
1.1 电机的定义及分类
电机是一种将电能转化为机械能的设备。根据电源类型和工作原理的不同，电机可分为直流电机和交流电机两大类。
1.2 电机的工作原理
直流电机的工作原理基于电流的方向和大小来决定磁场的方向和大小，从而产生电磁力。交流电机则是通过电流的频率和大小的变化来产生旋转磁场，从而实现转动。
1.3 电机的结构及组成
电机主要由定子、转子、电磁铁、机械轴等部件组成。定子和转子之间的磁场交互作用使电机能够产生转动。
1.4 电机的性能参数
主要包括额定功率、额定转速、效率、启动方式、绝缘等级等。这些参数可以帮助我们选择合适的电机来满足特定的工作需求。
第二章拖动系统基础知识
2.1 拖动系统的定义和组成
拖动系统是由电机和负载设备组成的一套驱动装置，用于实现设备的运动和控制。它包括电机、传动装置、控制装置等。
2.2 传动装置的分类
传动装置通常分为机械传动和电子传动两种类型。机械传动包括齿轮传动、带传动、链传动等，而电子传动主要使用变频器等电子设备来实现。
2.3 拖动系统的控制方式
拖动系统可以采用手动控制、自动控制和远程控制等方式。不同的应用场景需要选择合适的控制方式来实现对拖动系统的灵活控制。
第三章电机和拖动系统的选型和设计
3.1 选型要点和方法
根据实际工作负载和运行环境条件，我们需要明确电机的功率、转速、绝缘等级等要求，并结合实际情况进行合适的选型。
3.2 设计要点和方法
拖动系统的设计需要考虑传动装置的类型、传动比、传动效率等因素。同时，还需要综合考虑安全性、可靠性和经济性等方面的要求。
电机与拖动教案——第二章 直流电机
第二章直流电机
2.1直流电机的基本工作原理及结构
一、基本工作原理
（一）直流电机的构成
（1）定子：主磁极、换向磁极、机座、端盖、电刷装置；
（2）转子：电枢铁心、电枢绕组、换向装置、风扇、转轴
（3）气隙
**注意：同步电机—旋转磁极式；直流电机—旋转电枢式。
1.直流发电机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流发电机；
（1）原理：导体切割磁力线产生感应电动势
（2）特点：e=BLV；
a、电枢绕组中电动势是交流电动势
b、由于换向器的整流作用，电刷间输出电动势为直流（脉振）电动势
c、电枢电动势——原动势；电磁转矩——阻转矩（与T、n反向）
2.直流电动机的工作原理：实质上是一台装有换向装置的交流电动机；
（1）原理：带电导体在磁场中受到电磁力的作用并形成电磁转矩，推动转子转动起来
（2）特点：f=BiL
a、外加电压并非直接加于线圈，而是通过电刷和换向器再加到线圈
b、电枢导体中的电流随其所处磁极极性的改变方向，从而使电磁转矩
的方向不变。
c、电枢电动势——反电势（与I反向）；电磁转矩——驱动转矩（与n
同向）
**说明：直流电机是可逆的，它们实质上是具有换向装置的交流电机。
3、脉动的减小——电枢绕组由许多线圈串联组成
（二）直流电机的基本结构
1、主磁极——建立主磁场（N、S交替排列）
a、主极铁心——磁路，由1.0~1.5mm厚钢板构成
b、励磁绕组——电路、由电磁线绕制
2、机座——磁路的一部分（支承）框架，钢板焊接或铸刚
3.电枢铁心——磁路，0.5mm厚硅钢片叠压而成（外圆冲槽）
4.电枢绕组——电路。电磁线绕制（闭合回路，由电刷分成若干支路）
电机与拖动第二章第二节直流电机的电枢绕组
• 原则： - 引出来的电势最大 （2，3，4） - 被电刷短路的元件电势最小（1，5）
• 规律： - 端部对称时，电刷放在主极中心线下面的换向片上
16
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
4、安放电刷，完成连线
τ
τ
τ
τ
1 2 N3 4 5 6 S7 8 9 10 N11 12 13 14 S15 16
15 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
+
－
+
－
+
－
17
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
5、画绕组电路图（并联支路图）
• 单叠绕组元件连接顺序图
绕电枢一周， 所有元件 串联构成一闭合回路。
18
第一部分 电机原理 第二章 直流电机 第二节 直流电机的电枢绕组
9
第一部分 电机原理 第二章 直流电机
第二节 直流电机的电枢绕组
二、单叠绕组
2、画槽，编号，画绕组及换向片 • 用 y1画出一个元件，推而广之 • 绕组端部对称 • 绕组放置规则： 元件1： 上元件边在1槽， 下元件边放在相距y1=4即5槽下层
元件2： 上元件边在2槽， 下元件边放在相距y1=5即7槽下层。
电机与拖动基础课后习题答案
第二章
2 . 1 变压器能改变交流电的电压和电流,能不能改变直流电的电压和电流?为什么?
答: 变压器能改变交流电的电压和电流,但不能改变直流电的电压和电流。因为变压器是应用电磁感应原理而工作的,只有当一次绕组接交流电源时, 一次绕组才会流过交流电流,在铁心中产生变化的磁通,从而在二次绕组中产生感应电动势;如果一次绕组接直流电源,则一次绕组流过的是直流电流, 在铁心中产生的磁通是恒定不变的,不能在二次绕组中产生感应电动势,所以变压器只能改变交流电的电压和电流,不能改变直流电的电压和电流。
2 . 2 变压器的铁心为什么要用硅钢片叠成而不用整块钢制成?
答: 变压器的绕组流过交流电流时会在铁心中产生磁滞损耗和涡流损耗,统称为铁损耗。磁滞损耗与铁磁材料的磁滞回线面积有关, 硅钢片的磁滞回线较窄, 磁滞损耗较小。涡流损耗与铁磁材料的电阻成反比,与钢片厚度的平方成正比, 硅钢片是在电工钢中加入少量的
硅而制成, 电阻率较大, 用硅钢片叠成的铁心, 铁损耗较小,所以变压器的铁心要用硅钢片叠成而不用整块钢制成。
2 .
3 一台变压器额定电压为220 /110 V ,若把二次绕组( 110 V )接在220 V交流电源上,主磁通和励磁电流将如何变化?
答:若忽略变压器绕组漏阻抗压降,则绕组的端电压与感应电动势相等。正常工作时铁心磁路处于饱和状态。若把额定电压为110 V的二次绕组接在220 V交流电源上, 二次绕组感应电动势将增大一倍, 感应电动势与铁心磁通成正比,所以铁心磁通也将增大一倍,由于铁心磁路处于饱和状态, 励磁电流将不只是增大一倍,而将增大许多倍。
电机与拖动-第二章-自测题答案
1.他励直流电动机的固有机械特性是指在U=UN、Φ= ΦN，电枢回路
不串电阻的条件下，n和Tem的关系。
2. 直流电动机的起动方法有降压起动、电枢回路串电阻起动。
3. 如果不串联制动电阻，反接制动瞬间的电枢电流大约是能耗制动瞬间电枢电流的2倍。
4. 当电动机的转速超过理想空载转速时，出现回馈制动。
5. 拖动恒转矩负载进行调速时，应采用降压或电枢回路串电阻调速方法，而拖动恒功率负载时应采用弱磁调速方法。
（二）判断题：
1. 直流电动机的人为特性都比固有特性软。（×）
2. 直流电动机串多级电阻起动，在起动过程中，每切除一级起动电阻时，电枢电流都将突变。（√）
3. 提升位能负载时的工作点在第一象限内，而下放位能负载时的工作点在第四象限内。（√）
4. 他励直流电动机的降压调速属于恒转矩调速方式，因此只能拖动恒转矩负载运行。（×）
—
5. 他励直流电动机降压或串电阻调速时，最大静差率数值越大，调速范围也越大。（√）
（三）选择题：
1. 电力拖动系统运行方程工中的GD2反映了：（②）
①旋转体的重量与旋转体直径平方的乘积，它没有任何物理意义；
②系统机械惯性的大小，它是一个整体物理量；
③系统储能的大小，但它不是一个整体物理量。
1.他励直流电动机的人为特性与固有特性相比，其理想空载转速
和斜率均发生了变化，那么这条人为特性一定是:（③）
①串电阻的人为特性；②降压的人为特性；
③弱磁的人为特性。
3. 直流电动机采用降低电源电压的方法起动，其目的是：
（②）
》
①为了使起动过程平稳；②为了减小起动电流；
③为了减小起动转矩。
电机原理及拖动第二章
2、转动惯量与飞轮力矩
转动惯量是物体绕固定轴旋转时转动惯性的度量， 用公式表示为：
J mi ri2
求极限：
J r2dm
J m2
8
3.功率平衡方程
将式
T
TL
J
d dt
写为
T
TL
J
d dt
d dt
(1 2
J 2 )
电动机产生(T >0) 或吸收的机械功率
分析计算。
T
TL
GD2 375
dn dt
折算原则：保持系统的功率传递关系不变。
Tmm Tmeq
10
Tmeq
Tm m
11
负载转矩折算到电机轴上
折算前负载功率Tmm 等效负载功率Tmeq
Tmeq
Tmm
Tmnm n
Tm j
n
总转速比
j nm
=各级转速比的乘积=j1j2...
21
升降运动等效负载转矩的折算
• 设总的转速比是j，不考虑转动效率时，重 物作用在卷筒上的转矩折算到电机轴上为
Teq
Gm j
R
若考虑提升时 的传动损耗：
Teq
Gm R
jc
T
电机及拖动_第二章习题答案
第二章 直流电动机的电力拖动
2.1 答：由电动机作为原动机来拖动生产机械的系统为电力拖动
系统。一般由电动机、生产机械的工作机构、传动机构、控制设备及电源几部分组成。电力拖动系统到处可见，例如金属切削机床、桥式起动机、电气机车、通风机、洗衣机、电风扇等。
2.5 答：电动机的理想空载转速是指电枢电流I a =0时的转速，
即 。实际上若I a =0，电动机的电磁转矩T em =0，这 时电动机根本转不起来，因为即使电动机轴上不带任何负载,电机本身也存在一定的机械摩擦等阻力转矩（空载转矩）。要使电动机本身转动起来，必须提供一定的电枢电流I a0（称为空载电流），以产生一定的电磁转矩来克服这些机械摩擦等阻力转矩。由于电动机本身的空载摩擦阻力转矩很小，克服它所需要的电枢电流I a0及电磁转矩T 0很小，此所对应的转速略低于理想空载转速，这就是实际空载转速。实际空载转速为简单地说，I a =0是理想空载，对应的转速n 0称为理想空载转速；是I a = I a0实际空载，对应的转速n 0’的称为实际空载转速，实际空载转速略低于理想空载转速。
Φ
=N
e
N
C U n 0
T
C C R C U I
C R
C U n N
T
e
a
N
e
N
a N e
a
N
e
N 0
2
Φ
ΦΦ
Φ-=-
='
2.7答：固有机械特性与额定负载转矩特性的交点为额定工作点，额
定工作点对应的转矩为额定转矩，对应的转速为额定转速。理想空载转速与额定转速之差称为额定转速降，即：
2.8 答：电力拖动系统稳定运行的条件有两个，一是电动机的机
械特性与负载的转矩特性必须有交点；二是在交点（T em
电机与拖动刘锦波第2章习题解答
电机与拖动刘锦波第2章习题解答
第2章习题解答
思考题
2.1 直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流还是直流？若是交流，其交变频率是多少？
答：直流电机电刷内的电枢绕组中所流过的电流是交流，⽽电刷外部为直流。电刷与换向器组合实现了外部直流与内部交流的转换（或换流）。内部电枢绕组所感应电势或电流的频率为：Hz n p f 60
=，即内部电流的⽅向每转交变p 次（p 为电机的极对数）。
2.2 为什么直流电动机必须采⽤电刷和换向器把外加直流电源转变交流然后再给电枢绕组供电，⽽不是直接采⽤直流电源供电？
答：对于直流电动机，若不采⽤电刷或换向器将直流转换为内部交流，⽽是直接采⽤直流供电，则当电枢绕组的某⼀导体边转⾄极下时，假定电流为流⼊的，电磁转矩沿顺时针⽅向。则当该导体边转⾄极下时，电流仍为流⼊的，则所产⽣的电磁转矩必为逆时针⽅向。这样，在⼀个周期内，电机的转⼦（或电枢）不可能产⽣有效的电磁转矩。故此，必须采⽤机械式换流器完成直流到交流的转换。
N S 2.3 直流电机铭牌上所给出的额定功率是指输出功率还是输⼊功率？是电功率还是机械功率？
答：电机铭牌上的额定功率均指输出功率。对于电动机，其额定功率是指机械输出功率；对于发电机，其额定功率是指电枢绕组的输出电功率。
2.4 为什么说直流电机的绕组是闭合绕组？
答：直流电机的线圈之间是通过换向⽚依次相联的，每⼀个换向⽚均与不同线圈的两个导体边相连，由此构成的电枢绕组⾃然是闭合绕组。
2.5 如果将传统永磁直流电动机的定⼦和转⼦颠倒，即定⼦侧为电枢绕组⽽转⼦采⽤永久磁钢产⽣励磁，试分析这样⼀台反装式直流电动机其电刷应该是静⽌还是旋转的？说明理由。
电机与拖动大学课程 第二章 直流电机的电力拖动
Ra Rc
CeCM
2 N
N
，特性变软，在同一个转矩下，
转速下降更多
2、改变端电压时的人为机械特性
保持＝ N 不变而且电枢回路中串入电阻为零 ，改变电动 机的端电压U所得的n＝f（T）关系。
n
U
CeN
Ra CeCM
N2
T
n0' T
n
n0
UN
固有
电动机受耐压限制而不能在过电压状 态下运行，所以一般只能使U<UN
在大多数的电力拖动系统中，控制转速是我们的目标，抽油机、 风扇、空调、洗衣机、电动车等等。根据运动方程，系统的 转速n与T和Tz有关，要控制n必须要知道Tz与n 、 T与n之间的 关系。即要知道负载的转矩特性n=f(Tz)和n=f(T)电动机的机械 特性。即本章第二节和第三节的内容。
§2-2 生产机械的负载转矩特性
0 T0
TN T
额定负载时的转速降落很小，他励 直流电动机的固有机械特性较
“硬”。 实际空载转速 ，n0' 比n0略低，对应于空载转矩。
n0'
n0
Ra
Ce
C
M
2 N
T
例2-2 某他励直流电动机数据如下：PN=40[kW]，UN=220[V]， IN=210[A]，nN=750[r/min]，试计算其固有机械特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
间的关系是:
下 放 重 物 2提1升 重 物
例1：某起重机的电力拖动系统如图所示。求：
1. 以速度v=0.3m/s提升重物时，负载（重物及钓钩）转矩、 卷筒转速、电动机输出转矩及电动机转速；
电动机
工作机构
4. 多轴旋转运动加升降运动系统
电动机
G
二. 单轴电力拖动系统转动方程式
U
Ia
d TTL J dt
电动机 M
参考正方向 T n
T-TL：动转矩(N·m)或惯性 转矩、加速转矩
J：转动惯量(kg·m2)
TLTFT0
负 Ω：系统转动角速度(rad/s)
载
T :电动机电磁转矩(N·m)；TF :负载转矩(N·m) n :电动机转速(r/min)；T0 :电动机空载转矩(N·m)
由转动方程式可以分析系统运动状态：
TTL
GD2 375
dn dt
T-TL=0 ：系统静止或恒速运行，稳态； T-TL>0 ：系统加速运行，过渡过程； T-TL<0 ：系统减速运行，过渡过程。
电动机起动时，电磁转矩与负载转矩的关系？电动 机停车时，电磁转矩与负载转矩的关系？
2.2 多轴电力拖动系统的简化
转矩与转速的方向问题
U
实际转矩和转速方向：
Ia 电动机
M 参考正方向 T
n TLTFT0
实际转矩和转速方向：
1.T与n同向，代数上同正同负；T 与n反向，代数上一正一负。 2.TL与n同向，代数上一正一负； TL与n反向，代数上同正同负。
负 载
1. 转矩与n同向，则称为“拖动性”转矩 2. 转矩与n反向，则称为“制动性”转矩
(1) 提升重物时的转矩关系 (2) 下放重物时的转矩关系
T0
n T
T
Tf
T0
j
T
T
Tf j
n
TF
Tf j
T
TF
Tf j
T Tf Tf j j
TF
Tf j
T Tf j
Tf
j
Tf j
Tf j
2
1
Tf j
结论：
(1) 传动机构损耗转矩 ΔT 和电动机转轴空载损耗转矩 T0 均为摩擦性质的转矩，与转速 n 反向，为制动转矩；
第二章 电力拖动系统动力学
2.1 电力拖动系统转动方程式 2.2 多轴电力拖动系统的简化 2.3 负载的转矩特性与电力拖动系统稳定运行的 条件
2.1电力拖动系统转动方程式
一. 典型生产机械的运动形式 1. 单轴旋转系统
电动机
工作机构
2. 多轴旋转系统
电动机
工作机构
3. 多轴旋转运动加平移运动系统
2. 负载及系统的飞轮矩（折算到电动机轴上）
3. 以加速度a=0.1m/s2提升重物时，电动机输出的转矩。
δ=0.2~0.3，如果还有其它部件，则δ的数值需要加大。
1.电动机经过速比 j=5 的减速器拖动工作机构，工作机构的 实际转矩为20Nm，飞轮矩为1Nm2，不计传动机构损耗，这 算到电动机轴上的工作机构转矩与飞轮矩分别为多少？
2. 恒速运行的电力拖动系统中，已知电动机电磁转矩为 80Nm，忽略空载损耗，传动机构效率为0.8，速比为10，未 折算前实际的负载转矩应为多少？
3.电力拖动系统中已知电动机转速为1000r/min，工作机构 转速为100r/min，传动效率为0.9，工作机构未折算的实际 转矩为120Nm，电动机电磁转矩为20Nm，忽略空载损耗， 系统是加速还是减速运行？
2.2.2 工作机构为平移运动时的折算
平移速度
v
刨刀
F
工件 (mf)
作用力 齿条
3
n 1 n2
问题：全面分析多轴系统，必须列出每根轴的运动 方程式及各轴相互联系的方程式，分析复杂。
方法：通常把负载转矩与系统飞轮矩折算到电动机 轴上来，变多轴系统为单轴系统。
折算的原则是：保持系统的功率传递关系及系统的 贮存动能不变。
电动机
工作机构
2.2.1 工作机构为转动情况时的折算
电动机
T ,T0
n
1 2
GD2f 4g
2nf
60
2
1 2
GDF2 4g
2n
60
2
GDF2
GD2f j2
保持系统储存的动能不变，则系统总飞轮矩为：
GD 2GD a2Gj12D b2
GD 2f j1j2 2
总的飞轮矩的估算：
GD 2(1)GD D 2
GDD2为电动机转子的飞轮矩 电动机轴上只有传动机构中第一级小齿轮时，取
GD
2 a
nb
nf
Tf
GD
j1,1
2 b
j2,G2 D
2 f
工作机构
电动机
T ,T0
n
GD 2
等效负载
TF
1. 负载转矩的折算——保持功率传递关系不变 (1) 忽略传动机构的损耗，由折算前后功率不变，得：
T f fT F T F T f f T fn n f T jf
j=n/nf=j1j2j3…为传动机构总的速比 (2) 考虑传动机构的损耗时
齿轮 4
电动机
等效负载
GD 2
T ,T0
TF
1.负载转矩的折算 考虑传动机构的损耗：
Fv 2n
Fv
TF
60
TF
9.55
n
T 9.55Fv9.55Fv
n
n
2. 负载飞轮矩的折算
1 2mfv21 2G 4gF 2 D26n021 2G gf v21 2G 4gF 2 D26n02
GF 2 D36G 5 nf2 v2
又由：
Jm2 GD 2;2n
4g
60
m：系统转动部分的质量，kg
G：系统转动部分的重力，N
ρ ：系统转动部分的转动惯性半径，m
D：系统转动部分的转动惯性直径，m
g：重力加速度，m/s2
dG2D 2dnG2D dn
TT LJdt4g60d t 37d 5t
GD2：系统转动部分的飞轮矩，N·m2 375 ：有单位的系数，m/min·s
2.2.3 工作机构做提升和下放重物运动时的折算
电动机
vG
(a) 把负载看作做平移运动的物体折算其飞轮矩； (b) 若已知卷筒直径，可把负载重力折算为施加在卷筒上 的转矩，看作做旋转运动的物体来折算其转矩。 (c)特殊问题：提升与下放时的传动效率不同
考虑传动损耗转矩时，提升和下放重物时转矩折算关系
T f f T F T FT f f T n fn f T jf
η=η1η2η3…为传动机构总效率 等效的传动机构的转矩损耗为：
T Tf Tf
j j
2. 飞轮矩的折算——保持系统动能不变
系统转动部分动能表达式：
1J2 1GD 2 2n2
2
Байду номын сангаас
2 4g 60
负载飞轮矩折算(转动部分飞轮矩折算)：