聊城大学机械与汽车工程学院机电传动第2章
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稳定运行的含义：
1、系统应能以一定速度稳定运转； 2、系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负 载转矩波动）而使运行速度稍有变化时，应 保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行 速度。
电动机机械特性：
电动机机 械特性
电动机电磁转矩T与 转速n之间的关系。
负载 特性
●电动机和生产机械
的机械特性曲线有交点 (平衡点）：即T=TL
动转矩
TM TL Td
Td>0：系统加速； Td=0：系统稳速； Td<0：系统减速或反向加速
因此，TM、TL有大小，有方向
拖动转矩──与n一致； 制动转矩──与n相反。 转矩正负规定：以转速n为参考量 (先定下n的正方向); 与n方向相同的TM 为正，与n方向相 反的TL为正; 与n方向相反的TM 为负，与n方向相 同的TL为负。
2 离心式通风机型负载特性
特点:负载转矩与转 速的平方成正比。
TL Cn2
如离心式鼓风机。
2.3.3 直线型机械特性
特点:负载转矩与转速成正比。
TL Cn
如实验室中作模拟用的他励直 流发电机。
2.3.4 恒功率负载
特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变。
如车床粗、精加工。
2.4 机电传动系统稳定运行的条件
2 1
2 L
GD2Z──折算到电动机轴上的总飞轮转矩
GD2M ，GD21 ，GD2L──电动机轴、中间传动轴、生产 机械轴上的飞轮转矩 j1=ωM/ω1 ──电动机轴与中间传动轴之速比 jL=ωM/ωL──电动机轴与生产机械轴之速比
GD GD GD GD 2 2 j1 jL
2 Z 2 M
2 1
2 L
经验公式
GD GD GD 2 jL
2 Z 2 M
2 L
式中，δ─1.1~1.25，即用适当加大电动机轴上的飞轮矩 来考虑中间传动机构飞轮转矩的影响
对于直线运动：
J1 J L v2 Jz JM 2 2 m 2 j1 jL M 或
2 GD12 GDL Gv 2 2 GD 2 GDM 2 2 365 2 z j1 jL nM
1、电动机的特性曲线n=f(TM)和生产机械的特性曲线 n=f(TL)有交点； 2、当转速大于平衡点所对应的转速时，TM<TL，即 若干扰使转速上升，当干扰消除后应有TM-TL<0； 而当转速小于平衡点所对应的转速时，TM>TL，即 若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM-TL>0。
异步电动机拖动直流他 励发电机工作时的特性
GD dn TM TL 375 dt
式中：TM──电动机产生的转矩；TL──负载转矩； J ──转动惯量；ω──角速度；t ──时间； GD2 ──飞轮转矩；n ──转速
2
当TM=TL时，n为常数，dn/dt=0，状态 为恒速，称之为稳态或静态。
当TM≠TL时，n为变数，dn/dt ≠0，状态 为加速或减速，称之为动态。
当系统稳定运行在a点时，有干 扰如TL突然加大到T´L,但由于惯 性，速度不能立即改变，n仍等 于na，所以T＜ T´L ，电动机开 始减速，在减速过程中，T不断 加大，最后T= T´L，系统稳定 运行在a´点。当干扰过后，负载 又突然变为TL，…
b点不是稳定运行点， 为什么？
系统稳定运行的充要条件：
联轴器 负载转矩 电动转矩 角速度
和转速方向相反 的负载转矩为正
运动方程式
d TM TL J dt
工程计算中，常用转速n代替角速度ω，用飞轮惯 量GD2代替转动惯量J
2 n 60 1G 2 1 J m mD / 4 D GD 2 / g 4g 4
2 2
运动方程式的实用形式
P' L T ' L L
设T'L折算到电动机轴上的负载转矩为TL，则 电动机轴上的负载功率为：
PM TLM
考虑损耗，用传动效率ηc表示：
输出功率 P'L T 'L L c 输入功率 PM TLM
可得折算到电动机轴上的负载转矩
TL
式中：
CM
TL L
C j
例:提升重物过程如图所示， 写出运动方程式。
解:(a)中，提升重物,TM为正， TL为正，运动方程式为:
GD 2 dn TM TL 375 dt
(b)中，仍为提升重物，但TM为负，TL为正，运动方程 式为:
GD 2 dn TM TL 375 dt
思考题：试分析图(a)和图(b)系统的运动状态。
作业：机电传动系统的动力学基础
掌握机电传动系统的运动方程式，用它来 分析机电传动系统的运动状态； 了解多轴拖动系统中转矩，转动惯量和飞 轮转矩的折算方法； 了解几种典型生产机械的机械特性； 掌握机电传动系统稳定运行的条件。
2.1 机电传动系统的运动方程式
●单轴拖动系统：
电动机 和转速方向一致的 转速方向 电动转矩为正
TL
TL──折算到电动机轴上的负载转矩；
TL',ωL──生产机械的负载转矩和旋转角速度； ηC──传动效率；ωM──电动机转轴的角速度； j=ωM/ωL──传动机构速比。
2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
折算原则：折算前后动能不变
2 Z 2 M
式中：
GD GD GD GD 2 2 j1 jL
多轴拖动系统运动方程式：
GDz2 dnm TM TL 375 dt
2.3 机电传动系统的负载特性
生产机械的负载特性：负载转矩TL与转速n之间的函数关系
1 恒转矩型负载特性
特点:负载转矩为常数;
反抗性：反 抗性转矩也 称摩擦转矩。 如皮带运输 机 位能性：如 卷扬机起吊 重物。 如重物下 降时TL和n 方向一致
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
实际拖动系统一般是多轴传动系统，该系统的 运动方程式，是将其转矩等折算到一根轴上，再列 出运动方程式。 折算时，可以折算到电动机轴上(高速轴)，也 可以折算至低速轴上。
2.2.1 负载转矩的折算
折算原则：折算前后功率不变，同时考虑传动效率。
当系统匀速运动时，生产机械的负载功率为：
1、系统应能以一定速度稳定运转； 2、系统受某种外部干扰作用（如电压波动、负 载转矩波动）而使运行速度稍有变化时，应 保证在干扰消除后系统能恢复到原来的运行 速度。
电动机机械特性：
电动机机 械特性
电动机电磁转矩T与 转速n之间的关系。
负载 特性
●电动机和生产机械
的机械特性曲线有交点 (平衡点）：即T=TL
动转矩
TM TL Td
Td>0：系统加速； Td=0：系统稳速； Td<0：系统减速或反向加速
因此，TM、TL有大小，有方向
拖动转矩──与n一致； 制动转矩──与n相反。 转矩正负规定：以转速n为参考量 (先定下n的正方向); 与n方向相同的TM 为正，与n方向相 反的TL为正; 与n方向相反的TM 为负，与n方向相 同的TL为负。
2 离心式通风机型负载特性
特点:负载转矩与转 速的平方成正比。
TL Cn2
如离心式鼓风机。
2.3.3 直线型机械特性
特点:负载转矩与转速成正比。
TL Cn
如实验室中作模拟用的他励直 流发电机。
2.3.4 恒功率负载
特点:负载转矩与转速成反比, 功率基本不变。
如车床粗、精加工。
2.4 机电传动系统稳定运行的条件
2 1
2 L
GD2Z──折算到电动机轴上的总飞轮转矩
GD2M ，GD21 ，GD2L──电动机轴、中间传动轴、生产 机械轴上的飞轮转矩 j1=ωM/ω1 ──电动机轴与中间传动轴之速比 jL=ωM/ωL──电动机轴与生产机械轴之速比
GD GD GD GD 2 2 j1 jL
2 Z 2 M
2 1
2 L
经验公式
GD GD GD 2 jL
2 Z 2 M
2 L
式中，δ─1.1~1.25，即用适当加大电动机轴上的飞轮矩 来考虑中间传动机构飞轮转矩的影响
对于直线运动：
J1 J L v2 Jz JM 2 2 m 2 j1 jL M 或
2 GD12 GDL Gv 2 2 GD 2 GDM 2 2 365 2 z j1 jL nM
1、电动机的特性曲线n=f(TM)和生产机械的特性曲线 n=f(TL)有交点； 2、当转速大于平衡点所对应的转速时，TM<TL，即 若干扰使转速上升，当干扰消除后应有TM-TL<0； 而当转速小于平衡点所对应的转速时，TM>TL，即 若干扰使转速下降，当干扰消除后应有TM-TL>0。
异步电动机拖动直流他 励发电机工作时的特性
GD dn TM TL 375 dt
式中：TM──电动机产生的转矩；TL──负载转矩； J ──转动惯量；ω──角速度；t ──时间； GD2 ──飞轮转矩；n ──转速
2
当TM=TL时，n为常数，dn/dt=0，状态 为恒速，称之为稳态或静态。
当TM≠TL时，n为变数，dn/dt ≠0，状态 为加速或减速，称之为动态。
当系统稳定运行在a点时，有干 扰如TL突然加大到T´L,但由于惯 性，速度不能立即改变，n仍等 于na，所以T＜ T´L ，电动机开 始减速，在减速过程中，T不断 加大，最后T= T´L，系统稳定 运行在a´点。当干扰过后，负载 又突然变为TL，…
b点不是稳定运行点， 为什么？
系统稳定运行的充要条件：
联轴器 负载转矩 电动转矩 角速度
和转速方向相反 的负载转矩为正
运动方程式
d TM TL J dt
工程计算中，常用转速n代替角速度ω，用飞轮惯 量GD2代替转动惯量J
2 n 60 1G 2 1 J m mD / 4 D GD 2 / g 4g 4
2 2
运动方程式的实用形式
P' L T ' L L
设T'L折算到电动机轴上的负载转矩为TL，则 电动机轴上的负载功率为：
PM TLM
考虑损耗，用传动效率ηc表示：
输出功率 P'L T 'L L c 输入功率 PM TLM
可得折算到电动机轴上的负载转矩
TL
式中：
CM
TL L
C j
例:提升重物过程如图所示， 写出运动方程式。
解:(a)中，提升重物,TM为正， TL为正，运动方程式为:
GD 2 dn TM TL 375 dt
(b)中，仍为提升重物，但TM为负，TL为正，运动方程 式为:
GD 2 dn TM TL 375 dt
思考题：试分析图(a)和图(b)系统的运动状态。
作业：机电传动系统的动力学基础
掌握机电传动系统的运动方程式，用它来 分析机电传动系统的运动状态； 了解多轴拖动系统中转矩，转动惯量和飞 轮转矩的折算方法； 了解几种典型生产机械的机械特性； 掌握机电传动系统稳定运行的条件。
2.1 机电传动系统的运动方程式
●单轴拖动系统：
电动机 和转速方向一致的 转速方向 电动转矩为正
TL
TL──折算到电动机轴上的负载转矩；
TL',ωL──生产机械的负载转矩和旋转角速度； ηC──传动效率；ωM──电动机转轴的角速度； j=ωM/ωL──传动机构速比。
2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
折算原则：折算前后动能不变
2 Z 2 M
式中：
GD GD GD GD 2 2 j1 jL
多轴拖动系统运动方程式：
GDz2 dnm TM TL 375 dt
2.3 机电传动系统的负载特性
生产机械的负载特性：负载转矩TL与转速n之间的函数关系
1 恒转矩型负载特性
特点:负载转矩为常数;
反抗性：反 抗性转矩也 称摩擦转矩。 如皮带运输 机 位能性：如 卷扬机起吊 重物。 如重物下 降时TL和n 方向一致
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
实际拖动系统一般是多轴传动系统，该系统的 运动方程式，是将其转矩等折算到一根轴上，再列 出运动方程式。 折算时，可以折算到电动机轴上(高速轴)，也 可以折算至低速轴上。
2.2.1 负载转矩的折算
折算原则：折算前后功率不变，同时考虑传动效率。
当系统匀速运动时，生产机械的负载功率为：