第1章：电力拖动系统的基础
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处于平衡状态）； 动态：也称暂态或过渡状态，即不稳定运行状态； 按连接分：单轴拖动系统和多轴拖动系统 单轴拖动系统：电动机与生产机械的工作机构之
间采用直接连接。最简单、最基本的拖动系统， 只有一个负载转矩和一个转动惯量，数学模型简 单。 多轴拖动系统：电动机通过各种传动机构变速后 与生产机械的工作机构之间相连接。经过转速和 转动惯量的“折算”即可等效成单轴拖动系统
2）当T＜TL时，转速变化率dn / dt ＜0，则拖动系统减 速运行；
3）当T = TL时，转速变化率dn / dt = 0，则拖动系统处 于稳态运行状态。
7
1.1.2 ：电力拖动系统中转速和转矩的正方向
在应用运动方程式时，必须首先按电动机惯例规定转 速和各种转矩的正方向。当某转速或转矩为正值时， 其实际方向与正方向相同；当它们为负值时，其实际 方向与正方向相反。
它反映在电动机轴上的机械功率为
PL F
PM TLM 式中，TL ——负载力 F 在电动机轴上产生的负载转矩。
14
负载转矩的折算
如果是电动机拖动生产机械旋转或移动，则
传动机构中的损耗应由电动机承担，根据
功率平衡关系，有
得出 TL
9.55Fv
CnM
TLM
Fv
C
又因 ω 2 n
60
如果是生产机械拖动电动机旋转，则传动机
拖动系统的运动方程式
TM
TL
GDZ2 375
dnM dt
9
1.2 负载转矩、转动惯量和飞 轮转矩的折算
许多生产机械要求低速运转，而电动机一般具 有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械 之间就得装设减速机构，为列出这个系统的运 动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯 量或直线运动部分的质量都折算到某一根轴上， 一般折算到电动机轴上，即折算成最简单的典 型单轴系统。
1）电磁转矩T的正方向与转速n的正方向相同。即认为电 磁转矩是驱动转矩。
2）负载总转矩TL 的正方向与转速n 的正方向相反。即 认为负载总转矩是阻碍转矩。
3）至于负载转矩T2和空载转矩T0均属于负载总转矩TL的 组成部分，其正方向应该与TL相同，即与转速方向相 反。
8
电力拖动系统机械负载的转矩特性
GDL2 jL2
JZ
JM
JL jL2
GDZ2
GDM2
GDL2 jL2
δ 1.11.25
17
转动惯量和飞轮转矩的折算
二.直线运动 1.总转动惯量
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
2
m
M2
2.总飞轮转矩为
GDZ2
GDM2
GD12 j12
ห้องสมุดไป่ตู้
GD2L jL2
G v2 365 nM2
总结：将所求得的 TL 、GDZ2 代入式（1.5）多轴
3
1.1.1 ：电力拖动系统运动方程式
电力拖动系统的运动方程式实质上是牛顿第二定律 表达式的应用形式。 在直线运动中，系统的运动方程式为：
F
FL
m dv dt
F:作用在直线运动部件上的托动力，N； FL:作用在直线运动部件上的阻力， N； v:直线运动部件的线速度，m/s； m:直线运动部件的质量，kg；
j1 ——电动机轴与中间传动轴之间的速比， j1 M / 1 ； jL ——电动机轴与生产机械之间的速比， jL M / L ； M 、 1 、 L ——电动机轴、中间传动轴、生产机械轴上的角速度。
16
转动惯量和飞轮转矩的折算
2.折算到电动机轴上的总飞轮转矩为
3.实际工程GDZ2
GDM2
GD12 j12
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=9.81m/s2
6
运动方程的实用形式为： GD 2 dn
T TL = 375 dt
系统旋转运动的三种状态
1）当T＞TL时，转速变化率 dn / dt ＞0，则拖动系统加 速运行；
折算基本原则：折算前后的能量关系或功率关 系保持不变。
10
图1-3 多轴拖动系统 （a）旋转运动 （b）直线运动
11
1.2.1负载转矩的折算
负载转矩是静态转矩，可根据静态功率守恒原 则进行折算。
对于旋转运动，如图1.3（a）所示，当系统匀 速运动时，生产机械的负载功率为
PL TLL
式中，TL ——生产机械的负载转矩；
13
负载转矩的折算
于是可得折算到电动机轴上的负载转矩为
TL
TLL CM
TL C j
式中，C ——电动机拖动生产机械运动时的传动效率； j ——传动机构的速比， j M /L
对于直线运动，如图 1.3（b）所示的卷扬机构就是一例。若生产机械直线运动部件的负载力为 F，运动
速度为 ，则所需的机械率为
L ——生产机械的旋转角速度
12
负载转矩的折算
设 TL 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
式中，M ——电动机转轴的角速度。 考虑到传动机构在传递功率的过程中有损耗，这个损耗可以用传动效率C 来表示，即
C
PL PM
TLL TLM
式中， PL——输出功率； PM ——输入功率。
电机拖动与控制
第1章 电力拖动系统的基础
1
第一章：电力拖动系统的基础
§1.1 ：电力拖动系统的概述
• 电力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、控制设备三个基本环节。
• 电力拖动系统框图如下：
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产机构
2
电力拖动系统的运行状态分：静态和动态 静态：稳定运行状态或稳态（静止或匀速，系统
构中的损耗由生产机械的负载来承担，于
是有 TLM FC
或
TL
9.55C Fv
nM
15
1.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
根据动能守恒原则进行折算 一.旋转运动 1.折算到电动机轴上的总转动惯量为
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
JM 、 J1 、 J L ——电动机轴、中间传动轴、生产机械轴上的转动惯量；
4
在旋转运动中，系统的运动方程式为：
T TL
J
d dt
T:电动机的电磁转矩，N.m； TL:生产机械的负载转矩， N .m ； J:转动部分的转动惯量，kg.m2； Ω:转动部分的机械角速度，rad/s；
5
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。
J =m2=(G/g)(D2 )/4=GD2/4g
间采用直接连接。最简单、最基本的拖动系统， 只有一个负载转矩和一个转动惯量，数学模型简 单。 多轴拖动系统：电动机通过各种传动机构变速后 与生产机械的工作机构之间相连接。经过转速和 转动惯量的“折算”即可等效成单轴拖动系统
2）当T＜TL时，转速变化率dn / dt ＜0，则拖动系统减 速运行；
3）当T = TL时，转速变化率dn / dt = 0，则拖动系统处 于稳态运行状态。
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1.1.2 ：电力拖动系统中转速和转矩的正方向
在应用运动方程式时，必须首先按电动机惯例规定转 速和各种转矩的正方向。当某转速或转矩为正值时， 其实际方向与正方向相同；当它们为负值时，其实际 方向与正方向相反。
它反映在电动机轴上的机械功率为
PL F
PM TLM 式中，TL ——负载力 F 在电动机轴上产生的负载转矩。
14
负载转矩的折算
如果是电动机拖动生产机械旋转或移动，则
传动机构中的损耗应由电动机承担，根据
功率平衡关系，有
得出 TL
9.55Fv
CnM
TLM
Fv
C
又因 ω 2 n
60
如果是生产机械拖动电动机旋转，则传动机
拖动系统的运动方程式
TM
TL
GDZ2 375
dnM dt
9
1.2 负载转矩、转动惯量和飞 轮转矩的折算
许多生产机械要求低速运转，而电动机一般具 有较高的额定转速。这样，电动机与生产机械 之间就得装设减速机构，为列出这个系统的运 动方程，必须先将各转动部分的转矩和转动惯 量或直线运动部分的质量都折算到某一根轴上， 一般折算到电动机轴上，即折算成最简单的典 型单轴系统。
1）电磁转矩T的正方向与转速n的正方向相同。即认为电 磁转矩是驱动转矩。
2）负载总转矩TL 的正方向与转速n 的正方向相反。即 认为负载总转矩是阻碍转矩。
3）至于负载转矩T2和空载转矩T0均属于负载总转矩TL的 组成部分，其正方向应该与TL相同，即与转速方向相 反。
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电力拖动系统机械负载的转矩特性
GDL2 jL2
JZ
JM
JL jL2
GDZ2
GDM2
GDL2 jL2
δ 1.11.25
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转动惯量和飞轮转矩的折算
二.直线运动 1.总转动惯量
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
2
m
M2
2.总飞轮转矩为
GDZ2
GDM2
GD12 j12
ห้องสมุดไป่ตู้
GD2L jL2
G v2 365 nM2
总结：将所求得的 TL 、GDZ2 代入式（1.5）多轴
3
1.1.1 ：电力拖动系统运动方程式
电力拖动系统的运动方程式实质上是牛顿第二定律 表达式的应用形式。 在直线运动中，系统的运动方程式为：
F
FL
m dv dt
F:作用在直线运动部件上的托动力，N； FL:作用在直线运动部件上的阻力， N； v:直线运动部件的线速度，m/s； m:直线运动部件的质量，kg；
j1 ——电动机轴与中间传动轴之间的速比， j1 M / 1 ； jL ——电动机轴与生产机械之间的速比， jL M / L ； M 、 1 、 L ——电动机轴、中间传动轴、生产机械轴上的角速度。
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转动惯量和飞轮转矩的折算
2.折算到电动机轴上的总飞轮转矩为
3.实际工程GDZ2
GDM2
GD12 j12
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=9.81m/s2
6
运动方程的实用形式为： GD 2 dn
T TL = 375 dt
系统旋转运动的三种状态
1）当T＞TL时，转速变化率 dn / dt ＞0，则拖动系统加 速运行；
折算基本原则：折算前后的能量关系或功率关 系保持不变。
10
图1-3 多轴拖动系统 （a）旋转运动 （b）直线运动
11
1.2.1负载转矩的折算
负载转矩是静态转矩，可根据静态功率守恒原 则进行折算。
对于旋转运动，如图1.3（a）所示，当系统匀 速运动时，生产机械的负载功率为
PL TLL
式中，TL ——生产机械的负载转矩；
13
负载转矩的折算
于是可得折算到电动机轴上的负载转矩为
TL
TLL CM
TL C j
式中，C ——电动机拖动生产机械运动时的传动效率； j ——传动机构的速比， j M /L
对于直线运动，如图 1.3（b）所示的卷扬机构就是一例。若生产机械直线运动部件的负载力为 F，运动
速度为 ，则所需的机械率为
L ——生产机械的旋转角速度
12
负载转矩的折算
设 TL 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
式中，M ——电动机转轴的角速度。 考虑到传动机构在传递功率的过程中有损耗，这个损耗可以用传动效率C 来表示，即
C
PL PM
TLL TLM
式中， PL——输出功率； PM ——输入功率。
电机拖动与控制
第1章 电力拖动系统的基础
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第一章：电力拖动系统的基础
§1.1 ：电力拖动系统的概述
• 电力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、控制设备三个基本环节。
• 电力拖动系统框图如下：
电源
控制设备
电动机
传动机构
生产机构
2
电力拖动系统的运行状态分：静态和动态 静态：稳定运行状态或稳态（静止或匀速，系统
构中的损耗由生产机械的负载来承担，于
是有 TLM FC
或
TL
9.55C Fv
nM
15
1.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
根据动能守恒原则进行折算 一.旋转运动 1.折算到电动机轴上的总转动惯量为
JZ
JM
J1 j12
JL jL2
JM 、 J1 、 J L ——电动机轴、中间传动轴、生产机械轴上的转动惯量；
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在旋转运动中，系统的运动方程式为：
T TL
J
d dt
T:电动机的电磁转矩，N.m； TL:生产机械的负载转矩， N .m ； J:转动部分的转动惯量，kg.m2； Ω:转动部分的机械角速度，rad/s；
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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。
J =m2=(G/g)(D2 )/4=GD2/4g