电机拖动(动力学)
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第1章电力拖动系统动力学22页PPT
Fm
工件
工作台
由于 =2n/60
Tmeq =9.55FmVm/n
考虑传动损耗 Tmeq =9.55FmVm/nC
第1章
(2)飞轮矩的折算
设做平移运动部分的物体重量为Gm，质量为m，
刨
折算前动能：
vm
刀
Fm
工件
折算后动能：
工作台
折算前后的动能不变。 ∴ ∴
传动机构中其他轴上的 GD2的折算，与前述相 同。
第1章
3.工作机构做提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩 的折算 (1)转矩的折算 1)提升重物时负载转矩的折算 重物对卷筒轴的负载转矩为GmR 不计传动机构的损耗，折算后的负载转矩为:
若考虑传动机构的损耗，折算后的负载转矩应为:
提升重物时系统损耗的转矩为：
第1章
2)下放重物时负载转矩的折算 重物对卷筒轴的负载转矩为GmR 不计传动机构损耗，折算后的负载转矩为:
1 l'
A
0
TL
T
图 1-21 拖 动 系 统 的 不 稳 定 运 行
第1章
谢谢！
第一章 电力拖动系统动力学
本章教学基本要求
电力拖动系统的运动方程式 工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 考虑传动机构损耗时的折算方法 生产机械的负载转矩特性
1.3电力拖动系统的动力学基础
1.3.1电力拖动系统的运动方程
电力拖动系统：单轴（重点介绍）、多轴（可折算成单轴）。
1、单轴电力拖动系统。 单轴拖动系统是指电动机输出轴直接拖动生产机械
1、当 T T L
dn 0 dt
电动机静止或等速旋转，电力拖动 系统处于稳定运转状态下。
2、当 T T L
工件
工作台
由于 =2n/60
Tmeq =9.55FmVm/n
考虑传动损耗 Tmeq =9.55FmVm/nC
第1章
(2)飞轮矩的折算
设做平移运动部分的物体重量为Gm，质量为m，
刨
折算前动能：
vm
刀
Fm
工件
折算后动能：
工作台
折算前后的动能不变。 ∴ ∴
传动机构中其他轴上的 GD2的折算，与前述相 同。
第1章
3.工作机构做提升和下放重物运动时，转矩与飞轮矩 的折算 (1)转矩的折算 1)提升重物时负载转矩的折算 重物对卷筒轴的负载转矩为GmR 不计传动机构的损耗，折算后的负载转矩为:
若考虑传动机构的损耗，折算后的负载转矩应为:
提升重物时系统损耗的转矩为：
第1章
2)下放重物时负载转矩的折算 重物对卷筒轴的负载转矩为GmR 不计传动机构损耗，折算后的负载转矩为:
1 l'
A
0
TL
T
图 1-21 拖 动 系 统 的 不 稳 定 运 行
第1章
谢谢！
第一章 电力拖动系统动力学
本章教学基本要求
电力拖动系统的运动方程式 工作机构转矩、力、飞轮矩和质量的折算 考虑传动机构损耗时的折算方法 生产机械的负载转矩特性
1.3电力拖动系统的动力学基础
1.3.1电力拖动系统的运动方程
电力拖动系统：单轴（重点介绍）、多轴（可折算成单轴）。
1、单轴电力拖动系统。 单轴拖动系统是指电动机输出轴直接拖动生产机械
1、当 T T L
dn 0 dt
电动机静止或等速旋转，电力拖动 系统处于稳定运转状态下。
2、当 T T L
电力拖动系统动力学
电梯中的曳引电机
给排水系统、消防系统中的水泵、消防系统中的卷帘
各类电风扇
4
绪论
电机与拖动的基本概念
三、电机的调速
拖动对象的运动过程是变化的，即需要改变运动的 速度、方向等
通过控制手段改变电机的运动速度和方向是简便而 重要的方式
拖动的核心是调速，电机的调速是电机与拖动的重 要内容
5
绪论
旋转运动中一般采用“转矩”和“角速度”描述 力矩和速度
8
电力拖动系统的运动方程式
单轴旋转拖动系统的运动方程式
转速
电磁转矩
根据旋转运动的牛顿第二定律电力 拖动系统的运动方程式：
负载转矩
d T TL J 飞轮转矩 dt 2 GD 2 转动惯量： J m 4g 2 n
转速n：
五、关于本课程
主要介绍直流电机、交流异步电机和同步电机 了解上述电机的基本原理和结构特点 熟悉和掌握上述电机的调速特性和调速原理 拖动系统与建筑节能密切相关
7
第1章 电力拖动系统动力学
电力拖动系统的运动方程式
运动方程式是运动过程的物理模型，是运动过程 的力学表征
电力拖动系统的运动方程式描述旋转运动的力学 关系，即牛顿力学定律在旋转运动过程的应用
实际负载转矩 传动机构总转速比 i=i1 i 2
Tg g
传动机构总效率
c T T n T g g g g g 折 算 转 矩 T L n i c c d c
电机及电力拖动
c =1 2
13
负载转矩和飞轮矩的折算
旋转运动—飞轮矩的折算 折算原则:折算前后的动能不变 旋转物体的动能(J):
第2章电力拖动系统动力学
图 2-1 电力拖动系统组成
在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而在二者 之间有传动机构，它把电动机的转动经过中间变速或变换运 动方式后再传给生产机械的工作机构。
第2章 电力拖动系统动力学
2.1 电力拖动系统运动方程式
2.1.1 电力拖动系统运动方程
i
图 2-2 单轴电力拖动系统
第2章 电力拖动系统动力学
1. 工作机构转矩的折算 将一个两轴传动机构折算成单轴拖动系统。折算的原则 是系统的传送功率不变。
注意折算的方向
图 2-4 两轴系统的折算示意图
第2章 电力拖动系统动力学
若不考虑中间传动机构的损耗，按传送功率不变的原则，
应有如下的关系：
TgΩg=TzΩ
（2-6）
Tz
?
Tg
? (? g )
?
Tg j
Tmeq
?
9.55
Fmvm
n?
?
9.55 ? 7000 1450 ? 0.81
?
56.92 N ?m
2）估算系统的总飞轮力矩:
GD 2
?
1.2GD
2 R
?
1.2 ? 100
?
120 N
?m2
3）系统的动转矩绝对值:
T ?? GD 2 ?dn ? 120 ? 500 ? 160 N ?m2 375 dt 375
1、阻力的折算： 折算原则：折算前后系统的传递功率不变
Pm ? F mvm
第2章 电力拖动系统动力学
不考虑功率损耗：
T eq ? ? F mV m ?
T eq
?
F mVm ?
? 9 . 55
F mVm n
考虑损耗：
T eq
在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴，而在二者 之间有传动机构，它把电动机的转动经过中间变速或变换运 动方式后再传给生产机械的工作机构。
第2章 电力拖动系统动力学
2.1 电力拖动系统运动方程式
2.1.1 电力拖动系统运动方程
i
图 2-2 单轴电力拖动系统
第2章 电力拖动系统动力学
1. 工作机构转矩的折算 将一个两轴传动机构折算成单轴拖动系统。折算的原则 是系统的传送功率不变。
注意折算的方向
图 2-4 两轴系统的折算示意图
第2章 电力拖动系统动力学
若不考虑中间传动机构的损耗，按传送功率不变的原则，
应有如下的关系：
TgΩg=TzΩ
（2-6）
Tz
?
Tg
? (? g )
?
Tg j
Tmeq
?
9.55
Fmvm
n?
?
9.55 ? 7000 1450 ? 0.81
?
56.92 N ?m
2）估算系统的总飞轮力矩:
GD 2
?
1.2GD
2 R
?
1.2 ? 100
?
120 N
?m2
3）系统的动转矩绝对值:
T ?? GD 2 ?dn ? 120 ? 500 ? 160 N ?m2 375 dt 375
1、阻力的折算： 折算原则：折算前后系统的传递功率不变
Pm ? F mvm
第2章 电力拖动系统动力学
不考虑功率损耗：
T eq ? ? F mV m ?
T eq
?
F mVm ?
? 9 . 55
F mVm n
考虑损耗：
T eq
电机拖动基础 第八章 电力拖动系统的动力学基础
第八章 电力拖动系统的动力学基础(Dynamics basis of e-power dragging system)电机拖动系统是用电动机来拖动机械运行的系统。
包括：电动机、传动机构、生产机械、控制设备和电源五个部分。
它们之间的关系如下本章主要介绍电力拖动系统的运动方程、负载转矩特性。
8.1电力拖动系统的运动方程式(kinematics equation)一.运动方程式电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动状态，系统的运动状态取决于作用在原动机转轴上的各种转矩。
根据如图给出的系统（忽略空载转矩），可写出拖动系统的运动方程式：dtd J T T L em Ω=- 其中dtd J Ω 为系统的惯性转矩。
运动方程的实用形式： dt dn GD T T L em ⋅=-3752 系统旋转运动的三种状态1) 当L em T T =或0=dt dn 时,系统处于静止或 恒转速运行状态，即处于稳态。
2) 当L em T T >或0>dtdn 时,系统处于加速运行状态，即处于动态。
3) 当L em T T <或0<dtdn 时,系统处于减速运行状态，即处于动态。
二、运动方程式中转矩正、负号的规定首先确定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速的正方向，然后规定：（1）电磁转矩em T 与转速n 的正方向相同时为正，相反时为负。
（2）负载转矩L T 与转速n 的正方向相同时为负，相反时为正。
传动机构 生产负载控制设备电源（3）惯性转矩dtdn GD ⋅3752的大小和正负号由em T 和L T 的代数和决定。
三、各种形状旋转体转动惯量的计算1.分两种情况1）旋转轴通过该物体重心；2）旋转轴不通过该物体重心；2.几种常见旋转物体转动惯量的计算1）小球； 2）圆环体；3）圆柱体； 4）长方体（过重心）5）长方体（不过重心）； 6）圆锥体；7）圆柱体（圆杆，过重心） 8）圆柱体（圆杆，不过重心）8.2工作机构转矩、力、飞轮力矩和质量的折算(conversion)实际拖动系统为多轴系统，分析较为复杂——简化——引入折算概念——等效为单轴系统。
电力拖动系统的动力学基础培训课件(1)
部件作旋转运动。采用古典动力学来分析。
一.运动方程式
1.直线运动时的运动方程式
F --拖动力（N）；
Fz --阻力（N）；
m(dv/dt)--惯性力。
作直线运动的物体
2.旋转运动时的方程式为：
T --电动机产生的拖动转矩(N·m)； Tz --阻转矩（或称负载转矩）(N·m)； J(dΩ/dt)--惯性转矩（或称加速转矩）。
折算原则：
实际系统与等效系统储存动能相等。
有下列关系：
考虑到 GD2 = 4gJ，Ω = 2πn/60，得
2.3 考虑传动机构损耗的简化方法
传动机构损耗的简化考虑方法可在折算公式中引
一入1..工电传作动动效机机率工构η作转c 在矩电T动z’状的态简化折算
电动机带动工作机构，功率由电动机向工作机构 传送
当 T < TZ，dn/dt < 0
二.运动方程式中转矩的正负号分析
应用运动方程式，通常以电动机轴为 研究对象 运动方程式写成下列一般形式
旋转运动中的转矩如下图
对 T 与 Tz 前带有的正负符号， 作如下规定：预先规定某 一旋转方向为正方向，则
转矩T方向如果与所规定的 旋转正方向相同，T 前取正 号，相反时取负号；
变
通风机型负载
n
负载的转矩与T 转速的平0 方成
正比
五.实际负载特性
实际生产机械的负载转矩特性是以上几种典型 特性的综合。
1.实际通风机负载
2.机床刀架的平移
第二章完，谢谢！
旋转运动的物体
3.转动惯量 J 表示为:
J
m 2
G g
D2 2
GD 2 4g
m 与 G -- 旋转部分的质量（kg）与重量(N)；
一.运动方程式
1.直线运动时的运动方程式
F --拖动力（N）；
Fz --阻力（N）；
m(dv/dt)--惯性力。
作直线运动的物体
2.旋转运动时的方程式为：
T --电动机产生的拖动转矩(N·m)； Tz --阻转矩（或称负载转矩）(N·m)； J(dΩ/dt)--惯性转矩（或称加速转矩）。
折算原则：
实际系统与等效系统储存动能相等。
有下列关系：
考虑到 GD2 = 4gJ，Ω = 2πn/60，得
2.3 考虑传动机构损耗的简化方法
传动机构损耗的简化考虑方法可在折算公式中引
一入1..工电传作动动效机机率工构η作转c 在矩电T动z’状的态简化折算
电动机带动工作机构，功率由电动机向工作机构 传送
当 T < TZ，dn/dt < 0
二.运动方程式中转矩的正负号分析
应用运动方程式，通常以电动机轴为 研究对象 运动方程式写成下列一般形式
旋转运动中的转矩如下图
对 T 与 Tz 前带有的正负符号， 作如下规定：预先规定某 一旋转方向为正方向，则
转矩T方向如果与所规定的 旋转正方向相同，T 前取正 号，相反时取负号；
变
通风机型负载
n
负载的转矩与T 转速的平0 方成
正比
五.实际负载特性
实际生产机械的负载转矩特性是以上几种典型 特性的综合。
1.实际通风机负载
2.机床刀架的平移
第二章完，谢谢！
旋转运动的物体
3.转动惯量 J 表示为:
J
m 2
G g
D2 2
GD 2 4g
m 与 G -- 旋转部分的质量（kg）与重量(N)；
电机拖动(动力学)
TL
0 TL 提升时： n>0 ,TL >0阻转矩
下放时： n<0 ,TL >0拖动转矩
上下
n 0
电机与拖动
TL TL下 TL升 TL
Tem T TL
由于存在传动转矩损耗T，因此 提升系统中，提升和下放时，电 机轴承受的负载转矩不等。
提升时， Tem=T+TL=TL升 。
下放时， TL=T+Tem Tem=TL - T = TL下。
生产机械
T
轴
L
Tem n 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。 电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n 的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正 方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向 相反。
上下
电机与拖动
电动机运行时的轴受力如 Tem T 轴 图示，由力学定律可知,其必须 L 遵守下列动力学方程式: d n Tem-TL=J dt Tem：电磁转矩； TL：负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度,rad/s 在工程计算中,常用n代替 表示系统速度, 用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。
上下
2
J m
2
n 60
G g D 4
2
GD 4g
2
d Tem-TL=J dt
电机与拖动
m：系统转动部分的质量，Kg G：系统转动部分的重量，N ：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 g ：重力加速度=9.8m/s2
Tem
D
T
L
T em T L
上下
电机与拖动
生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重 力作用产生的。 摩擦阻力产生的转矩为反抗性转矩，其作 用方向与n相反，为制动转矩。 重力产生的转矩为位能性转矩，其作用方 向与n无关，提升时为制动转矩；下放时为拖 动转矩。
电力拖动系统动力学简介分解
n
n=f(TL)
0
TL
恒功率负载转矩特性
3风机泵类负载
阻力与转速平方成正 比，即有：
TL kn2 或 TL n2
如水泵，油泵等，如 图所示，虚线是在考 虑了轴承上的摩擦转 矩后得出的实际鼓风 机负载转矩。
n n=f(TL)
0
TL
T
位能性负载转矩特性
2 恒功率负载转矩特性
特点：当转速n变化时，负载功率基本不变。
根据 P2 TL 常数
1
TL
P2
P2
60
2n
TL n
如车床的主轴机构和轧钢机的主传动。
适用于金属切削车床。
恒功率负载转矩
适用于金属切削车 床。
粗加工时，n 低， T 大； 精加工时，n 高， T小。
g 2 4g
所以
T TL
GD 2 375
dn dt
Tg
（2-2） （2-3）
说明
375 4g 60
2
单位 :
米 秒分
GD2是一个整体，不是G与D2 的乘积， GD2 由产品样本或机械手册上查出。 GD2 中的 D 为回转直径，不是实际直径。
运动方程式的分析
各转矩正方向的规定： n的正方向：逆时针； T的正方向：当T与 n（+）相同时为正； TL的正方向：当TL 与n（+）方向相反时为
正； 惯性转矩 Tg的方向：由 T 与 TL的代数和来
决定
各量表示法
上述各量可用轴的剖面图或直角坐标系来表示
三、负载的机械特性
负载的机械特性是指生产机械的转矩与 转速之间的关系即：n=f(TL) 1 恒转矩负载特性
恒转矩负载是指负载转矩为常数，其大 小与转速n无关。
电机学第二章电力拖动的动力学基础
旋转运动中的转矩(上图)对公式中 T 与 TL 前 带有的正负符号，作如下规定：
预先规定某一旋转方向为正方向，则
1.转矩T方向如果与所规定的旋转正方向相同 T 前取正号，相反时取负号；
2.阻转矩TL方向如果与所规定的旋转正方向相 同时
3.加速转矩TL（前GD取2/3负75号），(d相n/反dt时)的取大正小号及正负符 号
GDeq
等效负载
TF
nf 2 Tf
GDf2 生产机械
一、多轴旋转系统的折算 （一）负载转矩的折算
• 若不考虑损耗，工作机构折算前的机械功率
为 T f f ，折算后的机械功率为 TF
• 折算的原则是折算前后的功率不变，所以，
TF Tf f
TF
Tf f
Tf nf n
Tf j
：电动机角速度,rad/s
T
TLL
在工程计算中,常用n代替表示
系统速度,
J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 n
用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性
功率平衡方程
得出功率平衡方程
J
m 2
(G )
D
2
GD2
g 2 4g
=2n/60 • M：系统转动部分的质量，Kg • G：系统转动部分的重量，N • ：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 • g ：重力加速度=9.8m/s
GDa2 GDb2
(n
1 nb )2
GDf 2
(n
1 nf )2
GDa2 GDb2 j12 GDf 2 ( j1 j2 )2
写成一般形式为
2.电机拖动系统的动力学
（2－1）
转动惯量J是物理学中常用的物理量，工程上常用 飞轮矩GD2（Nm2）来表示系统的机械惯性。 GD 2 （2－2） J = mρ 2 =
4g
式中： m为系统转动部分的质量，单位为Kg； ρ为系统转动部分的转动惯性半径，单位为 m； g为重力加速度，g=9.8m/s2；
电机拖动系统动力学
5
转速与旋转机械角速度间的关系为： 2πn （2－3） Ω=
14
电机拖动系统动力学
15
2.2.3 平移运动
图2.3 刨床传动系统
电机拖动系统动力学
16
2.2.4 升降运动
图2.4 起重机传动系统
电机拖动系统动力学
17
电机拖动系统动力学
18
2.3 电机拖动系统的负载特性
• 拖动系统的负载特性是指生产机械的负载 转矩与转速之间的关系
– 恒转矩负载特性 – 风机泵类负载特性 – 恒功率负载特性
电机拖动系统动力学
20
电机拖动系统动力学
21
2.3.2 风机泵类负载特性
• 特点：负载转矩与转速的平方成正比 • 示例：叶轮式水泵、风机等
电机拖动系统动力学
22
2.3.3 恒功率负载
• 特点：负载的转矩与转速成反比 • 示例：机床的切削加工，造纸的收卷和放 卷
电机拖动系统动力学
23
2.4 电机拖动系统稳定运行的条件
Tmeq
Tm = η j
电机拖动系统动力学
（2－7）
12
飞轮矩折算的原则：折算前后系统存储的动能不变。 水平移动物体的动能： 1 2 （2－8） W = mv 2 旋转运动物体的动能：
1 GD 2 2 2 W = JΩ = Ω 2 8g
1 电机拖动系统的动力学
负载电动机电动机等效负载121旋转运动负载转矩和转动惯量的折算转矩的折算折算前后拖动的功率不变不考虑传动机构的损耗则j传动机构的总速比等于各相邻传动轴速比的乘积即jj转动惯量的折算设折算到电动机轴上的等效转动惯量为j根据折算原则保持折算前后系统贮存动能不变对图12有折算到电动机轴上的等效转动惯量为122平移运动负载转矩和转动惯量的折算负载功率fv负载转矩折算955f直线运动机构的工作力或摩擦阻力单位为牛n
dT dTL dn dn
dTL 0 dn
所以稳定的充分必要条件是：
dT 0 dn
L
转动惯量的折算 设折算到电动机轴上的等效转动惯量为J，根据折算 原则，保持折算前后系统贮存动能不变，对图1-2有
1 1 1 1 2 2 2 J J m m J11 J L 2 L 2 2 2 2
折算到电动机轴上的等效转动惯量为
J Jm J1 J L 2 2 j1 j
以上是几种典型的负载特性。必须指出， 实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几 种典型特性的综合。
1.4 电机拖动系统稳定运行条件
电机拖动系统的稳定运行包含两重含义：
1、系统能以一定速度匀速运转； 2、系统受到某种外部干扰作用（如电压波动、负载转矩 波动等）而使运行速度稍有变化，应保证在干扰消除后系 统能恢复到原来的运行速度。
1．反抗转矩：又称摩擦性转矩，因摩擦、非弹性 体的压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转 矩。机械加工过程中切削力产生的负载转矩就 是反抗转矩。其特点如下：
（1）转矩大小恒定不变； （2）作用方向始终与速度n的方向相反，即总是阻碍运 动的。 （3）特性在第一、三象限。(???)
2．位能转矩：由物体的的重力和弹性体的压缩、 拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩，其特点 为：
dT dTL dn dn
dTL 0 dn
所以稳定的充分必要条件是：
dT 0 dn
L
转动惯量的折算 设折算到电动机轴上的等效转动惯量为J，根据折算 原则，保持折算前后系统贮存动能不变，对图1-2有
1 1 1 1 2 2 2 J J m m J11 J L 2 L 2 2 2 2
折算到电动机轴上的等效转动惯量为
J Jm J1 J L 2 2 j1 j
以上是几种典型的负载特性。必须指出， 实际生产机械的负载转矩特性可能是以上几 种典型特性的综合。
1.4 电机拖动系统稳定运行条件
电机拖动系统的稳定运行包含两重含义：
1、系统能以一定速度匀速运转； 2、系统受到某种外部干扰作用（如电压波动、负载转矩 波动等）而使运行速度稍有变化，应保证在干扰消除后系 统能恢复到原来的运行速度。
1．反抗转矩：又称摩擦性转矩，因摩擦、非弹性 体的压缩、拉伸与扭转等作用而产生的负载转 矩。机械加工过程中切削力产生的负载转矩就 是反抗转矩。其特点如下：
（1）转矩大小恒定不变； （2）作用方向始终与速度n的方向相反，即总是阻碍运 动的。 （3）特性在第一、三象限。(???)
2．位能转矩：由物体的的重力和弹性体的压缩、 拉伸与扭转等作用而产生的负载转矩，其特点 为：
电机拖动(动力学).课件
电机拖动系统的智能控制
要点一
总结词
智能控制是一种新兴的控制方式，通过人工智能技术实现 对电机拖动系统的自动控制。
要点二
详细描述
智能控制系统结合了传统控制理论和人工智能技术，如模 糊控制、神经网络等，能够实现对电机拖动系统的自适应、 自学习和自调整控制。智能控制系统能够处理不确定性和 非线性问题，提高系统的鲁棒性和适应性。但智能控制系 统的实现需要较高的技术支持和成本投入，且在某些情况 下可能存在稳定性和可靠性问题。
调速控制的基本原理
通过改变电机的输入电压或电流，调节电机的输入功率，从而实 现调速控制。
调速控制的方法
包括变极调速、变频调速和变转差率调速等。
调速控制的实现
需要使用电力电子器件，如可控硅整流器、晶体管逆变器和直流 无换向器电机等。
05
电机拖动系统的设计与优化
电机拖动系统的设计原则与流程
满足工艺要求
需求分析
明确系统的工艺要求、负载特性和环 境条件，进行初步的方案设计。
方案设计
根据需求分析结果，选择合适的电机 类型、规格和传动方式，进行系统配置。
电机拖动系统的设计原则与流程
详细设计
根据方案设计结果，进行零部件设计和组装，完成整体设计。
测试与优化
对设计完成的电机拖动系统进行性能测试和优化，确保系统 性能达到预期要求。
的特性和应用场景。
直流电机的拖动特性
直流电机的机械特性
描述了电机的输出转矩与转速之间的关系， 包括硬机械特性和软机械特性。
直流电机的调速特性
通过改变输入到电机的电压或电流，可以 调节电机的转速，从而实现调速控制。
直流电机的制动特性
在电机停止运行时，可以通过改变电机的 输入电流或反接电机来使电机快速停止。
电机拖动系统的力学基础课件
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电机拖动系统的静力学分析
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静力学的基本公理
力的平行四边形法则
加减平衡公理
两个力等效于它们的合力和一个分力， 即力的合成满足平行四边形法则。
如果一个力平衡，那么它加上或减去 另一个力时，仍保持平衡状态。
二力平衡公理
作用在刚体上的两个力等效于它们的 合力为零的情况，即二力平衡公理。
达朗贝尔原理
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电机拖动系统的动力学分析
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刚体的复合运动
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刚体的复合运动是指刚体同时进行平移和旋转的运动。
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刚体的复合运动可以通过牛顿第二定律和角动量定理的组合进行描述。在分析刚 体的复合运动时，需要考虑力和扭矩的合成与分解，以及转动惯量和质量的关系。
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直流电机拖动系统
交流电机拖动系统 步进电机拖动系统
电机拖动系统的应用场景
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03 家用电器
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电机拖动系统的力学基础
牛顿第二定律
总结词
描述物体运动状态变化与作用力之间关系的定律
详细描述
牛顿第二定律指出，物体运动状态的变化与作用在物体上的力成正比。具体公式为F=ma，其中F表示作用力，m 表示物体的质量，a表示物体的加速度。该定律是经典力学中的基本定律之一，广泛应用于电机拖动系统中分析 物体的运动状态和受力情况。
动量定理和动量矩定理
要点一
电机拖动(动力学)
熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式， 并会利用其判断系统的工作状态。
会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效 成单轴系统。
掌 拖动系统的运动方程式是怎样建立的？怎样用 它分析系统的运动状态？
2 什么是转动惯量？转动惯量与如何进行折算？
电机拖动(动力学).ppt
电力拖动系统的 动力学基础
生产机械的运动形式 运动方程
飞轮矩的折算
负载的机械特性
第二章 电力拖动系统的动力学基础
本章要求： 掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力
拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻 转矩以及转矩正方向规定的基本概念。
熟悉生产机械典型的运动形式。
掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。
3 什么是动态转矩，它在什么条件下出现？动态 转矩和系统运动状态之间有何关系？
4 稳定工作过程和过渡过程有何区别？
5 为什么要进行转矩和惯量折算，折算依据的原 则是什么？
上下
会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效 成单轴系统。
掌 拖动系统的运动方程式是怎样建立的？怎样用 它分析系统的运动状态？
2 什么是转动惯量？转动惯量与如何进行折算？
电机拖动(动力学).ppt
电力拖动系统的 动力学基础
生产机械的运动形式 运动方程
飞轮矩的折算
负载的机械特性
第二章 电力拖动系统的动力学基础
本章要求： 掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力
拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻 转矩以及转矩正方向规定的基本概念。
熟悉生产机械典型的运动形式。
掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。
3 什么是动态转矩，它在什么条件下出现？动态 转矩和系统运动状态之间有何关系？
4 稳定工作过程和过渡过程有何区别？
5 为什么要进行转矩和惯量折算，折算依据的原 则是什么？
上下
电机与拖动第2章拖动动力学
第2章 直流电动机的电力拖动
可见，当 d n 0时，系统处于加速或减速运行，即处于 dt
动态，所以常把 (GD2 / 375) (dn / dt ) 或(Tem－TL)称为动态转
矩，而TL为静负载转矩，运动方程式(2.1.５)就是动态的转矩 平衡方程式。由上面的分析我们可以得出以下结论：
电力拖动系统拖动生产机械稳定运行时，电动机输出转 矩的大小由负载转矩的大小决定，并且与之相等。
TL
9.55
FLv
n
(2.1.19)
第2章 直流电动机的电力拖动
如果系统制动，则传动损耗由负载承担，这时等效转矩为
TL
9.55
FLv
n
(2.1.20)
在上两式中，FL为工作机构的直线作用力，单位为N；V为 工作机构直线运动的速度，单位为m/s；n为电动机转速，单位
为r／min；η为龙门刨床的传动效率。
第2章 直流电动机的电力拖动
首先选定电动机处于电动状态时的旋转方向为转速n的正 方向，然后按照下列规则确定转矩的正负号： (1) 电磁转矩T与转速n的正方向相同时为正，相反时为 负； (2) 负载转矩TL与转速n的正方向相反时为正，相同时为负。 惯性转矩（GD2/375）·(dn/dt)的大小及正负号由T和TL的代 数和(T - TL)决定。
以用传动效率η体现在折算关系式中。
第2章 直流电动机的电力拖动
当电动机拖动生产机械工作时，传动损耗由电动机承担，
电动机输出功率大于生产机械消耗的功率，这时的功率关系应
为
PL
PL
(2.1.8)
即
TL Ω
TL ΩL
(2.1.9)
则
TL
TL
k
第二章 电力拖动系统的动力学基础
工作机构转轴的飞轮矩
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
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
电机拖动_第八章_电力拖动系统动力学基础
物理意义:电力拖动系统运动方程式描述了系统的运动 状态，而系统的运动状态取决于作用在电动机转轴上的各种 转矩。
6
二
运动方程式中转矩的正负符号分析
电动机轴上的拖动转矩和阻转矩与电动机类型、运转状态、生产机械负 载类型有关，运动方程式的一般形式为：
电 机 拖 动 基 础
GD2 dn T (Tz ) 375 dt 以单轴拖动系统为例：
电 机 拖 动 基 础
Tz Fz vz
2πn / 60 Fz v z Tz 9.55 n
F —— 工作机构直线作用力（N） v Z —— 重物提升或者下降的速度（m/s） Tz —— 直线作用力Fz折算为电动机轴上的阻转 矩（N.m） 9.55 —— 单位换算系数
z
21
L
r12
L
0
4 L (l tan ) dl r14 dl 0 2 2
0.3mr 2
15
7. 圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且穿过 它的重心
电 机 拖 动 基 础
设密度为γ，则有
dm dr1 (2r sin ) L d (r cos ) (2r sin ) L
4
电 机 拖 动 基 础
在工程中，系统的惯性作用常用飞轮惯量 GD 2 来表示 2 GD 2 转动惯量 J m 4g • m与G——旋转部分的质量（kg）与重量（N） •ρ与D——惯性（回转）半径与直径（m） • g——重力加速度，g=9.81m/s2 •GD2——飞轮惯量（N〃m2）,表示电动机转子与 工作机构转动部分的飞轮惯量之和。 GD2=4gJ 注意：(1)GD2是表征转动系统惯性的一个物理量，是一个完整 符号，不能简单地理解为两者的乘积。否者，意义完全不同 2 kg m (2)如果从产品目录中查出的飞轮惯量单位是 ， 则需乘以9.81。
电机拖动知识点总结
电机拖动知识点总结电机拖动是电机作为驱动源，通过与被驱动设备的联接和控制，实现对被驱动设备的运动控制和传动。
电机拖动技术包括电机的选择、控制、传动系统设计等方面的知识。
本文将对电机拖动的相关知识进行总结，包括电机种类、选择原则、控制方法、传动系统设计等内容，以期帮助读者全面了解电机拖动技术。
一、电机种类根据电机工作原理和结构特点，电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
1.直流电机：直流电机是利用电流的方向不变而大小可调来产生磁场的性质，使电机的旋转方向、转速、转矩等参数都可以很方便地通过改变电流来实现。
直流电机的种类繁多，包括有刷直流电机、无刷直流电机等。
2.交流电机：交流电机是利用交流电产生的磁场来驱动电机转动，按照不同的工作原理，交流电机可以分为异步电动机、同步电动机、感应电动机等几种类型。
以上两类电机各有其特点和适用范围，选择合适的电机种类需要根据具体的使用需求和工程要求来衡量。
二、电机选择原则在电机拖动系统设计中，选择合适的电机对系统的性能和运行效果起着至关重要的作用，因此需要遵循一定的选择原则。
1.需要根据所驱动机械的工作要求确定电机的功率和转速，然后再根据电机的转矩特性确定所需的电机型号。
2.考虑电机的动态响应特性，根据所驱动机械的运动特性和控制要求来选择合适的电机型号，以确保系统的动态性能满足需求。
3.考虑电机的工作环境和使用条件，选择具有较高防护等级和适应性的电机，以保证其在各种恶劣环境下的可靠性和稳定性。
4.根据电机所需的控制方式和驱动方式，选择相应的电机驱动控制器和传感器等辅助设备，使电机与控制系统能够有效地协同工作。
电机的选择不仅仅是根据其工作参数和性能来确定，还需要考虑到实际的使用环境和工程要求，以保证电机能够在拖动系统中发挥最佳的性能和效果。
三、电机控制方法电机的控制方法是电机拖动系统中的关键技术之一，不同的控制方法可以实现对电机速度、转速、转矩等参数的有效控制，从而实现对被驱动设备的精确、稳定的运动控制。
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思 考 题
1 拖动系统的运动方程式是怎样建立的？怎样用 它分析系统的运动状态？
2 什么是转动惯量？转动惯量与如何进行折算？
3 什么是动态转矩，它在什么条件下出现？动态 转矩和系统运动状态之间有何关系？ 4 稳定工作过程和过渡过程有何区别？
5 为什么要进行转矩和惯量折算，折算依据的原 则是什么？
上 下
电机与拖动
二、风机负载机械特性 负载转矩与转速成 平方关系TL=kn2。 n TL 0 风力发电机
上下
电机与拖动
三、恒功率负载机械特性 负载转矩与转速成反比关系TL=k/n n
负载功率 TL
P L T L T L 2 n 60 k 2 60
0
它与n无关，称恒功 率负载。
上 下
电机与拖动
j1
生产机械
Tmeq
j2 折算原则：折算前后系统动能不变
1 2 J eq
2
1 2
J m
2 m
1 2
J 1
2 1
1 2
J R
2
除以
1 2
2
J
eq
J j
m 2
J j
1 2 1
J
R
乘以4g
上 下
电机与拖动
GDeq2=
GDm2
j2
+
GD12
j12
其中：修正系数=1.1~1.25
2 m
j1
m
生产机械
Tm
j2
Tem
GDeq2
Tmeq Tm
nm n
Tm j
电动机
等效负载 Tmeq
总转速比j=n/nm =各级转速比的乘积=j1j2... 考虑传动损耗：Tmeq=Tm/(jC) 传动效率C=各级传动效率乘积= 12...
上下
电机与拖动
2.飞轮矩(转动惯量)的折算 JR T T Jeq 电动机 1J 1 电动机 等效负载 Tm Jm m
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。
上下
电机与拖动
三、功率平衡方程
d Tem-TL=J dt 得出功率平衡方程 = d dt (1/2 J 2)
拖动系统动能 的变化
d T em -TL = J dt
电动机产生(T em >0) 或吸收的机械功率
生产机械
T
轴
L
Tem n 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。 电力拖动系统正方向的规定：先规定转速n 的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正 方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向 相反。
上下
电机与拖动
电动机运行时的轴受力如 Tem T 轴 图示，由力学定律可知,其必须 L 遵守下列动力学方程式: d n Tem-TL=J dt Tem：电磁转矩； TL：负载转矩,N.m J：电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度,rad/s 在工程计算中,常用n代替 表示系统速度, 用飞轮力矩GD2代替J表示系统机械惯性。
TL
0 TL 提升时： n>0 ,TL >0阻转矩
下放时： n<0 ,TL >0拖动转矩
上下
n 0
电机与拖动
TL TL下 TL升 TL
Tem T TL
由于存在传动转矩损耗T，因此 提升系统中，提升和下放时，电 机轴承受的负载转矩不等。
提升时， Tem=T+TL=TL升 。
下放时， TL=T+Tem Tem=TL - T = TL下。
生产机械吸收 (TL >0) 或释放的机械功率 (TL <0)
（ Tem <0)
Tem
T
L
n M上下
电机与拖动
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 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 Tem Tem GDeq2
电动机
GD12 GD22
电动机
GDm2
等效负载 Tmeq
m Tm
j1 j2
生产机械
上下
GDR2 T em
电机与拖动
1.负载转矩的折算
电动机
GD12 GD22
折算前负载功率P2=Tm m 等效负载功率P2´=Tmeq Tm m=Tmeq
T 等效转矩Tmeq为：
m eq
m Tm GD
负载的机械特性指：n=f(TL)关系 T TL em 电动机轴 一、恒转矩负载机械特性 1、反抗性恒转矩负载特性 负载转矩由摩擦力产生， 其特点：大小恒定（与n无关）； 作用方向与运动方向相反。 n -TL 0 TL
上下
n
TL
电机与拖动
TL 2、位能性恒转矩负载特性 Tem 电动机轴 负载转矩由重力产生 其特点：绝对值大小恒定； n 作用方向与n无关，不变。 n
GD 4g
2
2 60
dn dt
GD 375
2
dn dt
n M
上下
电机与拖动
T em T L
GD 375
2
dn dt
系数375具有m/min.s量纲
GD2：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：
当 T em T L ,
当 T em T L , 当 T em T L ,
+ GDR2 GDR2 + JR T 电动机 1
GDm2
j2
J1
m Tm
Jm
多轴系统等效为单轴系统 j1 后的运动方程为：
T em T L GD
2 eq
生产机械
j2
Jeq 等效负载
dn dt
375
T
电动机
其中： TL= T0+ Tmeq
T0 Tmeq
上下
电机与拖动
第四节 负 载 的 机 械 特 性
上下
2
J m
2
n 60
G g D 4
2
GD 4g
2
d Tem-TL=J dt
电机与拖动
m：系统转动部分的质量，Kg G：系统转动部分的重量，N ：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 g ：重力加速度=9.8m/s2
Tem
D
T
L
T em T L
上下
电机与拖动
生产机械转矩分为：摩擦阻力产生的和重 力作用产生的。 摩擦阻力产生的转矩为反抗性转矩，其作 用方向与n相反，为制动转矩。 重力产生的转矩为位能性转矩，其作用方 向与n无关，提升时为制动转矩；下放时为拖 动转矩。
上下
电机与拖动
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 电动机
电机与拖动
6 如何确定运动方程式中电动机转矩和负载转矩 的符号？
7 在一个拖动系统中同时存在向上和向下运动的 物体，在计算系统惯量时是否为一正一负？为什 么？
8 电动机的机械特性和工作机械的机械特性有何 异同？
9 阻转矩和位势转矩的区别是什么，相应的机械 特性曲线如何表示？ 10 运动系统中哪些因素对过渡过程时间有影响？ 如何减少过渡过程时间？ 上
dn dt dn dt dn dt
上下
Tem
T
L
0 , 0 , 0 ,
稳态匀速
暂态加速 暂态减速
n M
电机与拖动
二、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
J
m
i
ri
2
r dm
D
2
n
即：J =m2
GD2=4gJ=4gm2=4G
2
m1 m2
电机与拖动
第
二
章
电 力 拖 动 系 统 的 动 力 学 基 础
电机与拖动
电 力 拖 动 系 统 的 动 力 学 基 础
生产机械的运动形式 运 动 方 程
飞轮矩的折算
负载的机械特性
电机与拖动
第二章 电力拖动系统的动力学基础
本章要求： 掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力 拖动系统的转动惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻 转矩以及转矩正方向规定的基本概念。 熟悉生产机械典型的运动形式。 掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。 熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式， 并会利用其判断系统的工作状态。 会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效 成单轴系统。 掌握典型的负载机械特性。
电机与拖动
第一节 典型生产机械运动形式及转矩
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，以 完成一定的生产任务。 电力拖动系统的组成
电源
控制设备
电动机
传动和工作机构
上下
电机与拖动
二、典型生产机械运动形式和转矩
1、离心式风机 单轴旋转系统 负载转矩TL=kn2 2、车床主轴传动系统 多轴旋转系统 负载转矩TL与n无关 3、平移传动系统 多轴旋转系统 负载转矩TL与n无关 4、提升传动系统 多轴旋转系统 负载转矩TL与n无关