《电力拖动自动控制系统》第三版陈伯时

计算旋转物体的转动惯量分两种情况： 1.旋转轴通过该物体的重心
J ri mi
2 i 1 k
mi 该物体某个组成部分的 质量； ri－－该部分 mi的重心到旋转轴的距离 。
对于质量连续分布的物体用相应的定积分计算如下
J r 2 dm
V
2.旋转轴为不通过该物体重心的任意轴时，该物体的 转动惯量是它围绕着不通过其重心的任意轴旋转的转 动惯量（J）与它围绕穿过自身重心且平行于该任意 轴线旋转的转动惯量（J’）之和。
交流异步电机
概况


电能是现代大量应用的一种能量形式。 电能的生产、变换、传输、分配、使用 和控制等，都必须利用电机作为能量转 换或信号变换的机电装置。 不论是旋转电机的能量转换还是控制电 机的信号变换，都是通过电磁感应作用 而实现的。
概况

电机的发展可以分成三个时期： 1.直流电机的产生和形成； 2.交流电机的形成； 3.电机理论、设计和制造工艺逐步达到 完善；
2 J J mL
2 J J 'm L
根据以上方法，可以推导出几 种常见的旋转物体转动惯量的计算 方法如下：
1）以ρ为半径，以O为旋转轴线，质量为 m的旋转小球（小球自身的半径与ρ相比 充分小）的转动惯量：
J m
2
2）圆环柱体
m 2 J (1 2 2) 2
3）圆柱体自身的中轴线O为旋转轴线
《电机拖动与控制技术》
电气工程系
郑诗程
2014.02
电机在国民经济中的应用
电机是完成多种能量形式转换的有效 工具，而电能又是最容易实现传输、变换 的能量形式，可以说，如果没有电机就没 有现代工业，下面就电能的产生、传输和 利用等多个方面来说明电机在国民经济中 的作用。
一个完整的发电、传输、用电系统
电机传动机构
斜齿轮减速电机
采用电力拖动主要原因
现代化生产中，多数生产机械都采用 电力拖动，主要原因是 ： 1. 电能的运输、分配、控制方便经济。 2. 电动机的种类和规格很多，它们具有 各种各样的特性，能很好的满足大多数 生产机械的不同要求。 3. 电力拖动系统的操作和控制简便，可 以实现自动控制和远距离操作等等。
m 2 J ( L 3r 2 ) 12
8）圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且距离 圆杆一端的距离为d
J
m (4 L2 3r 2 12 dL 12 d 2 ) 12
第二篇
绪论2
（教材1）
交流拖动控制系统
异步电机及其拖动 笼型异步电动机变压变频调速 系统（VVVF系统）
第 6章
（教材2）
第7章 绕线转子异步电机双馈调速系统 ---转差功率馈送型调速系统 第 8章 同步电动机变压变频调速系统
电力拖动系统的动力学基础





1.了解电力拖动基本概念； 2.熟悉电力拖动系统运动方程式； 3.掌握拖动转矩和负载转矩的概念。 重点： 运动方程式和负载转矩。
葛洲坝水利枢纽工程
三峡电站
三峡水力发电机组

三峡电站的水轮发电机－当时全球最大的水轮发电机
全国最大的火力发电厂江苏谏壁发电站
火力发电机组
丹麦生产的风力发电机组
ຫໍສະໝຸດ Baidu
大型电力变压器
配电变压器
电路板上所使用的低压变换变压器
手机震动电机
直流电机
直流电机模型
直流电机模型
电动自行车所用的无刷直流电机
可推出常用的运动方程式如下
GD2 dn T Tz 375 dt
（3）
式中，GD2称为飞轮惯量（ N m2），GD2 4gJ
由式（3）可知电机的各种运动状态：
1、当 T Tz
dn 0 dt
2、当 T Tz 3、当 T Tz
dn 0 dt 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。 电力拖动系统处于加速状态
一、运动方程式
由牛顿运动定律，可得 对于直线运动 对于旋转运动
d T Tz J dt
dv F Fz m dt
（1） （2）
T : 拖动转矩；TZ : 阻转矩或负载转矩； d J ：惯性转矩或加速转矩 。 dt
式中 m与G——旋转部分的质量（kg）与重量（N）
ρ 与D——惯性半径与直径（m）
第一节 电力拖动系统的运动方程式
电力拖动装置常包含电动机、工作机构、控制设 备及电源等四个组成部分。
拖动？
电动自行车？
电力拖动？
在许多情况下，电动机与工作机构并不同轴（因为电动机速度 较快而工作机构速度一般较慢！），而在二者之间有传动机构，它 把电动机的运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 。
注：教材1为顾绳谷教授主编《电机及拖动基础》下册 教材2为陈伯时教授主编《电力拖动自动控制系统》
第一篇
绪论1
（教材1）
直流拖动控制系统
电力拖动系统的动力学基础 直流电机及其拖动 闭环控制的直流调速系统 转速、电流双闭环直流调速 系统和调节器的工程设计方法
第 1章
（教材2）
第 2章
（教材2）
注：教材1为顾绳谷教授主编《电机及拖动基础》下册 教材2为陈伯时教授主编《电力拖动自动控制系统》
m 2 J 2
4）长度为L，宽度为d，质量为m的长方体
J
m 2 (L d 2 ) 12
如果宽度d与长度L相比充分小, 则为
m 2 J L 12
5）长方体的质量为m，以O为旋转轴线
m 2 J (1 2 2 1 2 ) 3
6）旋转圆锥体
J 0.3mr2
7）圆柱体（圆杆），转轴垂直于圆杆的轴线且穿过它的重心
电力拖动系统处于减速状态
二、运动方程式中转矩的正负符号分析
运动方程式的一般形式
GD2 dn T (Tz ) 375 dt
规定某个转动方向为正方向，则转矩T 正向取正，反向取负；阻 转矩Tz 正向取负，反向取正。
三、各种形状旋转体转动惯量的计算
近年来，随着制造业自动化程度的提高，各种各样 的机器人越来越广泛地应用于生产第一线。这一类生产 机械的转动惯量是机器人控制系统中的重要参数，因此， 需要计算各种形状旋转体的转动惯量。
概况

对电机的要求由 性能良好、运行可靠、单位容量的重 量轻、体积小（旋转电机）等发展到 高精度、快响应的（控制电机），如 今控制电机已经成为一个非常重要的分 支。
概况


电力拖动控制系统最初是继电器－接触 器型的，属于有触点、断续型控制系统， 也称为继电器－接触器自动控制系统。 电力拖动控制系统现在是无触点、连续 型控制系统（采用功率器件）。
概况

电机拖动的发展：
价格昂贵、转动惯量大等
直流拖动---无耦合、调速性能好，但是结构复杂、难维护、 交流拖动---强耦合、调速性能差，但是结构简单、易维护、价格
便宜、转动惯量小等
直流拖动
电力电子技术
和 控制技术的发展
交流拖动---基本无耦合、调速性能好等
性质与任务


性质：是电气工程及其自动化专业的专 业基础课； 任务：掌握交、直流电机拖动的工作原 理（教材1）以及交、直流电机调速控制 系统的分析与设计等（教材2）。