第2章(拖动动力学)
电机与电力拖动基础教程第2章(4)
第2章 章
能量传递过程中总损耗
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直流发电机功率流程图
P1=PM+p0=P2+pcuf+pcua+pFe+pm+ps=P2+∑p
第2章 章
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4.效率 效率
直流发电机的总损耗为Σp=pFe+pm+ps+pCua+pCuf，即： Σp=p0+pCu 效率为：
他励： 他励：I=Ia，与If无关
第2章 章
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空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。 空载特性可以由实验测出，实验接线图如所示。
他励直流发电 机空载特性
实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据，在测取的 实验时一定要单方向改变励磁回路电阻测取数据 数据中应包含额定点，电压可测取到U0=±（1.1~1.3）UN为止， 线性部分测取的数据可稀疏一些，非线性部分测取的数据可密 集一些，这样得到的曲线较准确。实验可测取上、下两个分支 曲线，一般取平均值作为空载特性曲线 一般取平均值作为空载特性曲线，如图中虚线所示。另 一般取平均值作为空载特性曲线 外，特性曲线与转速有关，实验时一定要保持额定转速 实验时一定要保持额定转速。 实验时一定要保持额定转速
第2章 章
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曲线1为空载特性曲线，曲线 2、3、4为励磁回路特性曲线， 称场阻线 场阻线。 场阻线
U f = I f Rf
增大 Rf ，场阻线变为曲3(与 空载曲线相切)时， Rf 称为临 界电阻 R 。 cr 再增加励磁回路电阻，发 再增加励磁回路电阻， 电机将不能自励， 电机将不能自励，如B点。 点
电气传动与调速系统
控制 设备
电源 电动机
电力拖动系统组成
传动系统
工作 机构
最简单的电力拖动系统是电动机转轴与生产机械 的工作机构直接相连，称为单轴电力拖动系统
第2章 导学
• 通过本课程的学习我们要掌握电气传动系统 中的电动机速度控制的力学理论。单轴系统 转速是由T、TL和J决定的，它们之间的关系 可以用旋转系统的牛顿第二定律来表示。
TL 电动机
T
生产机 械
第2章 导学
• 多轴系统由于电机的转速和生产机械的转速不 同，需通过折算来分析。同样平移机械和升降 机械也需折算来解决。
• 电气传动系统转速是在一定范围内变化的，要 解决整个生产过程中的速度问题，必须要了解 负载的机械特性，同时要考虑电动机的机械特 性与负载的机械特性的稳定性关系。
第2章 导学
• 本章主要内容 2.1 电力拖动系统转动方程式 2.2 多轴电力拖动系统简化 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
• 单轴电气传动的动力学方程式为：
T
- TL
J
d dt
TL 电动机
T
生产机 械
2.1 电力拖动系统转动方程式
• 工程计算用n代替Ω、GD2代替J，有：
1
G
D
2
F
2n 2
2 4 g 60
1 GF v2 1 GDF2 2n 2
2g
2 4g 60
G
D2 F
4
Gf v
2n
2 2
365
Gf v2 n2
60
电力拖动自动控制系统 第二章 转速、电流双闭环直流调速系统和调节器的工程设计方法
反馈系数计算
鉴于这一特点，双闭环调速系统的稳态参 数计算与单闭环有静差系统完全不同，而是 和无静差系统的稳态计算相似，即根据各调 节器的给定与反馈值计算有关的反馈系数：
转速反馈系数
U
* nm
(2-6)
nm ax
电流反馈系数
U
* im
(2-7)
I dm
两个给定电压的最大值U*nm和U*im由设 计者选定，设计原则如下：
2.1.3 各变量的稳态工作点和稳态参数计算
双闭环调速系统在稳态工作中，当两个 调节器都不饱和时，各变量之间有下列关系
U
* n
Un
n
n0
(2-3)
U
* i
Ui
Id
IdL
(2-4)
Uc
Ud0 Ks
Cen IdR Ks
CeU
* n
/
I dL R
Ks
(2-5)
上述关系表明，在稳态工作点上，
在单闭环直流调速系统动态数学 模型的基础上，考虑双闭环控制的 结构，即可绘出双闭环直流调速系 统的动态结构框图，如下图所示。
1. 系统动态结构
-IdL
U*n
+-
Un
U*i
WASR(s)
-
Ui
WACR(s) Uc
Ks Tss+1
-
Ud0
1/R Tl s+1
Id
+
R
n
Tms
1/Ce E
图2-6 双闭环直流调速系统的动态结构框图
按照反馈控制规律，采用某个物理量 的负反馈就可以保持该量基本不变，那 么，采用电流负反馈应该能够得到近似 的恒流过程。
现在的问题是，我们希望能实现控制：
第2章电力拖动系统动力学基础和直流电动机的电力拖动
由于电枢电流反向，电磁转矩为制动转矩，电动机的运 行点沿着能耗制动时的机械特性下降直到原点，电磁转 矩和转速都为零，系统停止转动。
图2-8 能耗制动过程机械特性
图2-9
能耗制动运行机械特性
制动时回路中串入的电阻越小，能耗制动开始瞬间的制 动转矩和电枢电流越大。但电枢电流过大，则会引起 换向困难。因此能耗制动过程中电枢电流有个上限， 即电动机允许的最大电流，由此可计算串入的电阻：
U N EaN 110 103.4 Ra 0.036 IN 185 Ea N 103.4 Ce N 0.1034V . min/ r nN 1000
0.8TN TL 制动前电枢电流 I a I N 185 148 A TN TN
制动前电枢电势 Ea U N I a Ra 110 148 0.036 104.67V （1）若采用能耗制动停车，电枢应串入的最小电阻为：
(旋转运动)
起重传动 T ' L d GL R L (直线运动)
折算到电动机轴上的转矩分别为
TL T 'L j
GL R GL v L T 'L j d
2.飞轮矩折算 根据动能守恒定律可知，折算后等效系统存储的动能应 该等于实际系统的动能。因此，对于双轴传动系统有
1 J 2
2
1 1 2 2 J d d J LL 2 2
Jd
JL
所以
-----电动机的转动惯量 -----负载轴的转动惯量
J -----电动机轴上等效的转动惯量
J Jd JL j
2
同理
GD GDd GDL
2 2
2
电机与拖动基础(第2版)(复习题解答)
电机与拖动基础第一章电机的基本原理 (1)第二章电力拖动系统的动力学基础 (6)第三章直流电机原理 (12)第四章直流电机拖动基础 (14)第五章变压器 (29)第六章交流电机的旋转磁场理论 (43)第七章异步电机原理 (44)第八章同步电机原理 (51)第九章交流电机拖动基础 (61)第十章电力拖动系统电动机的选择 (73)第一章 电机的基本原理1-1 请说明电与磁存在哪些基本关系，并列出其基本物理规律与数学公式。
答：电与磁存在三个基本关系，分别是（1）电磁感应定律：如果在闭合磁路中磁通随时间而变化，那么将在线圈中感应出电动势。
感应电动势的大小与磁通的变化率成正比，即 tΦN e d d -= 感应电动势的方向由右手螺旋定则确定，式中的负号表示感应电动势试图阻止闭合磁路中磁通的变化。
（2）导体在磁场中的感应电动势：如果磁场固定不变，而让导体在磁场中运动，这时相对于导体来说，磁场仍是变化的，同样会在导体中产生感应电动势。
这种导体在磁场中运动产生的感应电动势的大小由下式给出Blv e =而感应电动势的方向由右手定则确定。
（3）载流导体在磁场中的电磁力：如果在固定磁场中放置一个通有电流的导体，则会在载流导体上产生一个电磁力。
载流导体受力的大小与导体在磁场中的位置有关，当导体与磁力线方向垂直时，所受的力最大，这时电磁力F 与磁通密度B 、导体长度l 以及通电电流i 成正比，即Bli F =电磁力的方向可由左手定则确定。
1-2 通过电路与磁路的比较，总结两者之间哪些物理量具有相似的对应关系（如电阻与磁阻），请列表说明。
答：磁路是指在电工设备中，用磁性材料做成一定形状的铁心，铁心的磁导率比其他物质的磁导率高得多，铁心线圈中的电流所产生的磁通绝大部分将经过铁心闭合，这种人为造成的磁通闭合路径就称为磁路。
而电路是由金属导线和电气或电子部件组成的导电回路，也可以说电路是电流所流经的路径。
磁路与电路之间有许多相似性，两者所遵循的基本定律相似，即KCL：在任一节点处都遵守基尔霍夫第一定律约束；KVL：在任一回路中都遵守基尔霍夫第二定律；另外，磁路与电路都有各自的欧姆定律。
第二章 电力拖动系统的动力学基础
1 2 GD f 4g
2
GD f
2
，动能为
)
2
(
2n f 60
折合到电机转轴上后的飞轮矩 动能 2 1 GDF 2n
( 2 4g
2 GDF
GDF
2
，其
)
2
60
化简后得到
GD f j
2
2
工作机构转轴上有转速 nb 的轴，其飞轮矩 2 为 GDb ，动能为
1 2 GDb 4g
损耗有：
TF
GR j
T 1 )
GR j
(
GRห้องสมุดไป่ตู้j
(2
GR j
重物下放时传动机构效率为： 2
1
电机轴上电磁转矩为T 、折算后负载转矩 为 GR 、传动机构损耗为 T 。
j
忽略空载转矩，三者关系有：
提升重物时电机负担 T ，则
TF GR j
提升重物
T
电机轴上电磁转矩为T 、折 算后负载转矩为 GR 、
j
传动机构损耗为 T 。
忽略空载转矩，三者关系有：
重物下放时负载负担 T，则：
TF
GR j
T
下放重物
2.3 负载转矩特性与电力拖动系统稳定运行条件
生产机械运行常用负载转矩标志其负载的大 小。不同的生产机械的转矩随转速变化规律不同， 用负载转矩特性来表征，即生产机械的转速n与 n f (TL ) 负载转矩TL之间的关系 。 各种生产机械特性大致可归纳为以下3类。
结论：若两条特性曲线有交点（必要条件），且在工 作点上满足 在T
TL 处
第2章 直流电动机的电力拖动
UN n = C eΦ
N
Ra − C eC tΦ
2 N
T
由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小， 由于电枢电阻很小，特性曲线斜率很小，所以固有 机械特性是硬特性。 当改变 U 或 Ra 或 Φ 得到的机械特性称为人为机械特性。 得到的机械特性称为人为机械特性 人为机械特性。
1、电枢串电阻时的人为机械特性
I sc
Ia
Tsc 2 Tsc 1 Tsc
φ
不同时的 n = f (T ) 曲线
β n 特点：1）弱磁，0增大； 2）弱磁， 增大 弱磁， 特点： 弱磁， 增大；
三、机械特性的绘制
1.固有特性的绘制 1.固有特性的绘制
求两点: 已知 PN , U N , I N , n N，求两点:理想空载点
2.人为特性的绘制 2.人为特性的绘制
不变,只在电枢回路中串入电阻 保持U = U N , Φ = Φ N 不变 只在电枢回路中串入电阻R Ω的人为特性
Ra + RΩ UN n = − T 2 C eΦ N C eC tΦ N
n0
β 特点： 不变， 变大； 特点：1）n0 不变， 变大；
越大，特性越软。 2） β 越大，特性越软。
n
Ra
制动的目的是使电力拖动系统停车， 制动的目的是使电力拖动系统停车，转速降低或获得 稳定的下降速度（位能性负载） 稳定的下降速度（位能性负载）。
自由停车法 电磁制动器 能耗制动 电气制动法 反接制动 回馈制动 (再生制动 再生制动) 再生制动
一、能耗制动
1．实现能耗制动的方法
RΩ
＋
Ra
＋
K3
电动状态
φ
U N Ra n = − C eΦ C eΦ
电力拖动自动控制系统-运动控制系统习题解答第2章
习题解答（供参考）2.1试分析有制动电流通路的不可逆PWM 变换器进行制动时，两个VT 是如何工作的？解：减小控制电压，使U g1得正脉冲变窄，负脉冲变宽，从而使平均电枢电压U d 降低，使得E>U d ，电机流过反向电流，电机进入制动状态。
0≤t< t on 时，通过二极管VD1续流，在t on ≤t<T 期间U g2为正，VT2导通，流过反向制动电流。
因此在制动状态时，VT2和VD1轮流导通，VT1始终关断。
2.2 系统的调速范围是1000~100min r ，要求静差率s=2%，那么系统允许的静差转速降是多少？ 解：10000.02 2.04(1)100.98n n n rpm rpm D s ⨯∆===-⨯ 系统允许的静态速降为2.04rpm 。
2.3 某一调速系统，在额定负载下，最高转速特性为min 1500max 0r n =，最低转速特性为 0min 150min n r =，带额定负载时的速度降落15min N n r ∆=，且在不同转速下额定速降 不变，试问系统能够达到的调速范围有多大？系统允许的静差率是多少？解：1）调速范围 max minn D n = (均指额定负载情况下） max 0max 1500151485N n n n rpm=-∆=-= min 0min 15015135N n n n rpm =-∆=-=max min 148511135n D n ===2) 静差率 min 1510%150N n s n ∆===2.4 直流电动机为N P =74kW, N U =220V ，N I =378A ，N n =1430r/min ，Ra=0.023Ω。
相控整流器内阻Rrec=0.022Ω。
采用降压调速。
当生产机械要求s=20%时，求系统的调速范围。
如果s=30%时，则系统的调速范围又为多少？？解： 2203780.0230.1478/1430N N a e N U I R C V rpm n --⨯=== 378(0.0230.022)1150.1478N e I R n rpm C ⨯+∆===当s=20%时 14300.2 3.1(1)115(10.2)N n s D n s ⨯===∆-⨯- 当s=30%时 14300.3 5.33(1)115(10.3)N n s D n s ⨯===∆-⨯- 2.5 某龙门刨床工作台采用V-M 调速系统。
电机与拖动基础答案(第四版)1-5章
提升速
度给定为
绳索的速度
卷筒外圆线速度
卷筒转速
π
π
电动机转速
于是得
直线运动部分飞轮矩
=3
所以折算到电动机轴上系统总飞轮矩
重物吊起及下放时折算到电动机轴上的负载转矩计算。
重物吊起时，负载转矩折算值
η
重物、导轮 8 及吊钩三者转矩折算值为
算值
所以传动机构损耗转矩为 -Δ
上的负载转矩计算。 空钩吊起时负载转矩
21生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床3400042975080起重机9800提升141200075下降14电梯提升10950042下降1022生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩刨床340004297508017483491748续表生产机械切削力或重物重力切削速度或升降速度电动机转速n传动效率负载转矩传动损耗电磁转矩起重机9800提升14120007514558363914558下降14120006677283639728电梯提升10950042359022082335902下降1095003815744208235744习题解答21如图21所示的某车床电力拖动系统已知切削力工件直径电动机转速减速箱的三级速比各转轴的飞轮矩为指电动机轴各级传动效率都是09求
等于 1.
(2) 为了使直流电机正、负电刷间的感应电动势最大，只考虑励磁磁场时，
ww 式的直流电动机改变转向时，都要加以考虑。
5. 他励直流发电机稳态运行时的基本方程式与功率关系。 6. 直流电机的可
逆原理。
7. 他励直流电动机稳态运行时的基本方程式与功率关系。
8. 他励直流电动机固有机械特性： 表达式、特性曲线及其特点。这是本章重
习题答案-电机与拖动-刘锦波 第2章
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。
答：传统永磁直流电动机的磁极位于定子,而电枢绕组位于转子，其换向器随电枢绕组一同旋转，而电刷则固定在定子侧，只有这样才能产生有效的电磁转矩。
换句话说，直流电机的电刷必须相对主极是静止不动的，才能产生有效的电磁转矩。
因此，当传统直流电动机反装，亦即电枢绕组位于定子，而主极位于转子时，其电刷应随主极一同旋转。
第2章第六节电力拖动
四、继电器
组成和原理与接触器相似。 励磁电源：交流和直流继电器 常用： 电压继电器、电流继电器、时间继电器
1、电压继电器
特点：线圈并联在电路中，匝数多，导线细 分类：过电压和欠电压
U< Kv
Kv
Kv
U>
Kv
Kv
Kv
欠电压继电器
熔断器保护特性和图形符号
一、短路保护
2、自动空气断路器（空气开关）——兼 有控制和保护功能 正常工作时可作为开关使用，异常情况 下可作为短路和过载保护 当被保护电路出现短路时，电磁脱扣器 动作，使动静触头分开，使之与电源隔 离
二、过载保护
过载——电流超过其额定值 危害——不一定立即损坏，但长时间或 严重过载会产生危害 保护原理——长时间过载或超强度过载 时，利用热效应或电磁效应是保护电器 动作，使之与电源隔离
二、过载保护
2、其它过载保护器 过电流继电器——利用电磁效应实 现过载保护 自动空气断路器（空气开关）
三、失压保护
失压——电源电压降为零 特点及危害——失压时电动机会自动停 车，但电压恢复后会自行起动，易造成 人身和设备的损害 保护原理——失压时电动机回路也当随 之断开。电压恢复后需重新起动才能运 行
三、失压保护
常用保护措施：
1、电压继电器——欠压时自动断开回路 2、接触器本身——欠压时电磁吸力不够， 衔铁在复位弹簧作用下自动脱开，使触 电分离
四、缺相保护
缺相——三相异步电动机任一相断线 危害——单相运行（跑单相），电流增 大电机发热，并会产生振动和噪声 保护原理——和过载保护相同（缺相时 会造成剩余相过载，使相应的热继电器 动作） 常用保护措施： 热继电器（FR）
电机与电力拖动第二章
1 GD2f 2 4g
2n f
60
2
1 GDF2 2 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：
GD2
GDa2
GDb2 j12
GD2f j1 j2 2
总的飞轮矩的估算：
GD 2
(1
)GD
2 D
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δ=0.2~0.3，如果还有其 它部件，则δ的数值需要加大。
由转动方程式可以简单分析系统运动状态：
T
TL
GD 2 375
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。
电动机正常起动时，电磁转矩与负载转矩的关系？电动机停车过程中， 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
n
制动转矩
TF
ΔT
Tf/j
O ΔT
Tf/j TF T
T n
TL
2. 位能性恒转矩负载：TF大小、方向恒定不变，与转速无关。当方向与n相同时， 为拖动转矩，当方向与n相反时为制动转矩，如起重机的提升机构和矿井卷扬机。
T0
n T
T
Tf j
T0 T
T
Tf j
n
n Tf/j
制动 转矩
ΔT
TF
O ΔT
TF T
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；
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。
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GD12 GD22
ωm Tm GD
2 m
j1
ωm ω
生产机械
j2
Tem ω
GDeq2
T eq m
n T m =T = m m n j
电动机
等效负载 Tmeq
总转速比j=n/nm =各级转速比的乘积 ×j2... 各级转速比的乘积=j1× 总转速比 各级转速比的乘积 考虑传动损耗： 考虑传动损耗：Tmeq=Tm/(jηC) 传动效率η 各级传动效率乘积 各级传动效率乘积= 传动效率ηC=各级传动效率乘积 η1×η2...
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
第一节 电力拖动系统的概念与机械特性
一、电力拖动系统的基本概念 电力拖动是用电动机带动生产机械运动， 电力拖动是用电动机带动生产机械运动，以 电动机带动生产机械运动 完成一定的生产任务。 完成一定的生产任务。 1、电力拖动系统的组成 、
电源
控制设备
3. 多轴旋转运动加平移运动系统
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 上下
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
皮带运输机
电力机车
上下
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
第二节 电力拖动系统的运动方程
一. 单轴电力拖动系统的运动方程 n T0 Tm Tem 生产机械 电动机 Tem T 轴
3. 应用举例
精密机床、重型铣床、 初轧机、 精密机床、重型铣床、 初轧机、 高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵…… 高速冷轧机、高速造纸机、风机、水泵…… 上 下
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
二、机 械 特 性 （一）电动机的机械特性
Tem
电动机轴
TL
电动机的机械特性指： 电动机的机械特性指：n=f(Tem)关系 关系 1.机械特性硬度 机械特性硬度
上 下
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
（三）典型生产机械运动形式和转矩
1.单轴旋转系统 1.单轴旋转系统 电动机、传动机构、 电动机、传动机构、工作机构等所有运动部件 均以同一转速旋转。 均以同一转速旋转。
电动机 工作机构
2.多轴旋转系统 2.多轴旋转系统
电动机 工作机构
上下
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
L
n 研究运动方程,以电动机的轴为研究对象 以电动机的轴为研究对象， 研究运动方程 以电动机的轴为研究对象， 电动机运行时的轴受力如图示。 轴受力如图示 电动机运行时的轴受力如图示。 正方向的规定 电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n 电力拖动系统正方向的规定：先规定转速 的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正 的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与 的正 方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向 方向相同，规定负载转矩的正方向与 的正方向 相反。 相反。
电动机轴
TL
n
上下
n 0
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
TL TL下 下 TL升 升 TL
Tem ∆T TL
由于存在传动转矩损耗∆T，因此 因此 由于存在传动转矩损耗 提升系统中，提升和下放时， 提升系统中，提升和下放时，电 机轴承受的负载转矩不等。 机轴承受的负载转矩不等。 提升时， 提升时， Tem=∆T+TL=TL升 。 升 下放时， 下放时， TL=∆T+Tem Tem=TL - ∆T = TL下。 下
L
当 T em = T L , 当 T em > T L , 当 T em < T L ,
dn = 0 , 稳态匀速 dt dn > 0 , 暂态加速 dt dn < 0 , 暂态减速 dt
nω M
上下
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二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩） 转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩） 转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量
n
dTem β= dn
绝对硬特性如a；硬特性； 绝对硬特性如 ；硬特性；软特性 2.固有机械特性和人工机械特性 固有机械特性和人工机械特性
上下
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（二）负载的机械特性 工作机械的机械特性： 工作机械的机械特性：n=f(TL) 1、恒转矩负载机械特性 、 Tem
上下
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2.飞轮矩 转动惯量 的折算 飞轮矩(转动惯量 飞轮矩 转动惯量)的折算 JR T ω T ω Jeq 电动机 ω1J 1 等效负载 Tm Jm 电动机 ωm j1
生产机械 Tmeq
j2 折算原则： 折算原则：折算前后系统动能不变
1 1 1 2 1 2 2 Jeqω = Jmωm + J1ω1 + JRω2 2 2 2 2 J m J 1 J eq = + + J R 2 2 j j1
上下
n ω = 2π 60 G D 2 GD 2 2 = J = mρ = ×
g 4 4g
dω Tem-TL=J dt
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m：系统转动部分的质量，Kg ：系统转动部分的质量， G：系统转动部分的重量，N ：系统转动部分的重量， 系统转动部分的转动半径， ρ ：系统转动部分的转动半径，m D ：系统转动部分的转动直径，m 系统转动部分的转动直径， g ：重力加速度 重力加速度=9.8m/s2 2 2 T T − T = GD ⋅ 2π ⋅ dn = GD ⋅ dn Tem em L D 4 g 60 dt 375 dt L nω M
电动机轴
TL
n （1）反抗性恒转矩负载特性 ） 负载转矩由摩擦力产生，其特点： 负载转矩由摩擦力产生，其特点：大小恒 无关）；作用方向与运动方向相反。 定（与n无关）；作用方向与运动方向相反。 无关）；作用方向与运动方向相反 n -Tm 0 Tm
上下
Tm
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上下
第2章电力拖动的动力学基础 章电力拖动的动力学基础
GD 2 dn 系数375具有 具有m/min.s量纲 系数 具有 量纲 ⋅ Tem − TL = 375 dt GD2：系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩） 系统转动部分的总飞轮惯量（飞轮矩）
电力拖动系统的运动状态： 电力拖动系统的运动状态： Tem T
上下
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2、变转矩负载机械特性 、 负载转矩与转速成平方关系T 负载转矩与转速成平方关系 L=kn2。 例如通风机、水泵等， 例如通风机、水泵等，负载的性质与气 体或液体的流速有关。 体或液体的流速有关。 n Tm 0 负载转矩与转速的符号相同， 负载转矩与转速的符号相同，负 载转矩的作用方向与转速相反。 载转矩的作用方向与转速相反。
（2）位能性恒转矩负载特性 ） 负载转矩由重力产生 其特点：绝对值大小恒定； 其特点：绝对值大小恒定； 作用方向与n无关 不变。 无关， 作用方向与 无关，不变。 n TL 0 TL 提升时： 提升时： n>0 ,TL >0阻转矩 阻转矩 下放时： 下放时： n<0 ,TL >0拖动转矩 拖动转矩
T
Tem
T
L
nω M上下
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第三节 多轴电力拖动系统转矩及飞轮矩的折算 多轴系统需等效为单轴系统。等效是指系 多轴系统需等效为单轴系统。等效是指系 统传递的功率不变。 统传递的功率不变。 一. 多轴系统负载转矩及飞轮矩的折算
GDR2 Temω Temω GDeq2
J = ∑ ∆miri = ∫ r dm
2 2
n D
即：J =mρ2
GD2=4gJ=4gmρ2=4G
ρ2
m1 m2
注意：转动惯量与方向无关； 注意：转动惯量与方向无关； J =(m +m )(D/2)2 1 2 即所有绕定轴旋转的物体都 有转动惯量。 有转动惯量。
上下
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生产机械
j2
Jeq 等效负载 T0 Tmeq
上下
dn Tem − TL = ⋅ 375 dt
其中： 其中： TL= T0+ Tmeq
GD
2 eq
T ω 电动机
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二、平移运动系统的折算 1、阻力Fm的折算 、阻力 折算前负载功率P 折算前负载功率 2=FmVm 折算后负载功率P 折算后负载功率 2´=Tmeq ω Tmeq ω=FmVm ω=2πn/60 π
电动机
传动和工作机构
上下
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2. 电力拖动系统的优点
电能易于生产、传输、分配。 电能易于生产、传输、分配。 电动机类型多、规格全，具有各种特性， 电动机类型多、规格全，具有各种特性，能满足 各种生产机械的不同要求。 各种生产机械的不同要求。 电动机损耗小、效率高、 电动机损耗小、效率高、具有较大的短时过载能 力。 电力拖动系统容易控制、操作简单、 电力拖动系统容易控制、操作简单、 便于实 现自动化。
三、功率平衡方程 dω Tem-TL=J dt × ω得出功率平衡方程 = d dt (1/2 Jω 2)
拖动系统动能 的变化
dω T emω -TLω = Jω dt
电动机产生(T 电动机产生 emω >0) 或吸收的机械功率 （ Tem ω <0)
生产机械吸收 (TL ω >0) 或释放的机械功率 (TL ω <0)