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1、电机与拖动电机与拖动第第 二二 章章电电电电 力力力力 拖拖拖拖 动动动动 系系系系 统统统统 的的的的 动动动动 力力力力 学学学学 基基基基 础础础础电机与拖动电机与拖动电电 力力 拖拖 动动 系系 统统 的的 动动 力力 学学 基基 础础生产机械的运动形式生产机械的运动形式运运 动动 方方 程程飞飞 轮轮 矩矩 的的 折折 算算负载的机械特性负载的机械特性电机与拖动电机与拖动第二章第二章 电力拖动系统的动力学基础电力拖动系统的动力学基础本章要求：本章要求： 掌握拖动、电力拖动、负载机械特性、电力掌握拖动、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、阻拖动系统的转动
2、惯量、飞轮力矩、拖动转矩、阻转矩以及转矩正方向规定的转矩以及转矩正方向规定的基本概念基本概念。熟悉生产机械典型的熟悉生产机械典型的运动形式运动形式。掌握电力拖动系统中研究的主要物理量。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熟练掌握单轴电力拖动系统的运动方程式运动方程式，并会利用其并会利用其判断判断系统的系统的工作状态工作状态。 会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩会将多轴电力拖动系统转矩及飞轮力矩等效等效成单轴系统。成单轴系统。掌握典型的掌握典型的负载机械特性负载机械特性。电机与拖动电机与拖动第一节第一节 典型生产机械运动形式及转矩典型生产机械运动形式及转矩一、电力拖动
3、系统的基本概念一、电力拖动系统的基本概念 电力拖动是用电力拖动是用电动机电动机带动生产机械运动，以带动生产机械运动，以完成一定的生产任务。完成一定的生产任务。电力拖动系统的组成电力拖动系统的组成电源电源控制设备控制设备电动机电动机传动和工作机构传动和工作机构上上 下下电机与拖动电机与拖动二、典型生产机械运动形式和转矩二、典型生产机械运动形式和转矩1、离心式风机离心式风机负载转矩负载转矩TL=kn2单轴旋转系统单轴旋转系统2、车床主轴传动系统车床主轴传动系统负载转矩负载转矩TL与与n无关无关多轴旋转系统多轴旋转系统3、平移传动系统平移传动系统负载转矩负载转矩TL与与n无关无关多轴旋转系统多轴旋转
4、系统4、提升传动系统提升传动系统负载转矩负载转矩TL与与n无关无关多轴旋转系统多轴旋转系统上上 下下电机与拖动电机与拖动 生产机械转矩分为：生产机械转矩分为：摩擦阻力摩擦阻力产生的和产生的和重重力力作用产生的。作用产生的。 摩擦阻力摩擦阻力产生的转矩为产生的转矩为反抗性转矩反抗性转矩，其作，其作用用方向与方向与n相反相反，为制动转矩。，为制动转矩。 重力重力产生的转矩为产生的转矩为位能性转矩位能性转矩，其作用，其作用方方向与向与n无无关关，提升时为制动转矩；下放时为拖，提升时为制动转矩；下放时为拖动转矩。动转矩。上上 下下电机与拖动电机与拖动第二节第二节 电力拖动系统的运动方程电力拖动系统的运
5、动方程一一. 单轴电力拖动系统的运动方程单轴电力拖动系统的运动方程电动机电动机生产机械生产机械TemnTmT0 研究运动方程研究运动方程,以电动机的轴为研究对象，以电动机的轴为研究对象，电动机运行时的电动机运行时的轴受力轴受力如图示。如图示。轴TemTLn 电力拖动系统电力拖动系统正方向正方向的规定：的规定：先规定转速先规定转速n的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与的正方向，然后规定电磁转矩的正方向与n的正的正方向相同，规定负载转矩的正方向与方向相同，规定负载转矩的正方向与n的正方向的正方向相反。相反。上上 下下电机与拖动电机与拖动轴TemTLn 电动机运行时的轴受力如电动机运行时的轴受力如图
6、示，由力学定律可知图示，由力学定律可知,其必须其必须遵守下列动力学方程式遵守下列动力学方程式:Tem-TL=Jd dtTem：电磁转矩；电磁转矩； TL：负载转矩负载转矩,N.mJ：电动机轴上的总转动惯量，电动机轴上的总转动惯量，kg.m2 ：电动机角速度电动机角速度,rad/s 在工程计算中在工程计算中,常用常用n代替代替 表示系统速度表示系统速度,用飞轮力矩用飞轮力矩GD2代替代替J表示系统机械惯性。表示系统机械惯性。上上 下下电机与拖动电机与拖动m：系统转动部分的质量，系统转动部分的质量，KgG：系统转动部分的重量，系统转动部分的重量，N ：系统转动部分的转动半径，：系统转动部分的转动半
7、径，mD ：系统转动部分的转动直径，系统转动部分的转动直径，mg ：重力加速度重力加速度=9.8m/s2Tem-TL=Jd dt上上 下下TemTLn MD电机与拖动电机与拖动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）系数系数375具有具有m/min.s量纲量纲电力拖动系统的运动状态：电力拖动系统的运动状态：上上 下下TemTLn M电机与拖动电机与拖动二、转动惯量及飞轮惯量（飞轮矩）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转动惯量是物体绕定轴旋转时转动惯性的度量即：即：J =m 2GD2=4gJ=4gm 2=4G 2上上 下下
8、注意：注意：转动惯量与方向无关转动惯量与方向无关；即所有绕定轴旋转的物体都即所有绕定轴旋转的物体都有转动惯量。有转动惯量。J =(m1+m2)(D/2)2m1m2nD电机与拖动电机与拖动三三、功率平衡方程、功率平衡方程 得出功率平衡方程得出功率平衡方程Tem-TL=Jd dtT em -TL = J d dt=(1/2 J 2)ddt电动机产生电动机产生(T em 0)或吸收的机械功率或吸收的机械功率（ Tem 0)或释放的机械功率或释放的机械功率(TL 0 ,TL 0阻转矩阻转矩下放时：下放时： n0拖动转矩拖动转矩上上 下下电机与拖动电机与拖动nTL0TL由于存在传动转矩损耗由于存在传动转
9、矩损耗T，因此因此提升系统中，提升和下放时，电提升系统中，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 。TL升升下放时，下放时， TL=T+Tem Tem=TL - T = TL下下。TL下下TLTTem电机与拖动电机与拖动二、风机负载机械特性二、风机负载机械特性 负载转矩与转速成负载转矩与转速成平方关系平方关系TL=kn2。nTL0风力发电机风力发电机上上 下下电机与拖动电机与拖动三、恒功率负载机械特性三、恒功率负载机械特性负载转矩与转速成反比关系负载转矩与转速成反比关系TL=k/nnTL0负载功率负载功率它与它与n无关，称恒
10、功无关，称恒功率负载。率负载。下下上上电机与拖动电机与拖动思思 考考 题题1 拖拖动动系系统统的的运运动动方方程程式式是是怎怎样样建建立立的的？怎怎样样用用它分析系统的运动状态？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？什么是转动惯量？转动惯量与如何进行折算？3 什什么么是是动动态态转转矩矩，它它在在什什么么条条件件下下出出现现？动动态态转矩和系统运动状态之间有何关系？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？稳定工作过程和过渡过程有何区别？5 为为什什么么要要进进行行转转矩矩和和惯惯量量折折算算，折折算算依依据据的的原原则是什么？则是什么？下
11、下上上电机与拖动电机与拖动 6 如如何何确确定定运运动动方方程程式式中中电电动动机机转转矩矩和和负负载载转转矩矩的符号？的符号？ 7 在在一一个个拖拖动动系系统统中中同同时时存存在在向向上上和和向向下下运运动动的的物物体体，在在计计算算系系统统惯惯量量时时是是否否为为一一正正一一负负？为为什什么？么？ 8 电电动动机机的的机机械械特特性性和和工工作作机机械械的的机机械械特特性性有有何何异同？异同？ 9 阻阻转转矩矩和和位位势势转转矩矩的的区区别别是是什什么么，相相应应的的机机械械特性曲线如何表示？特性曲线如何表示？10 运运动动系系统统中中哪哪些些因因素素对对过过渡渡过过程程时时间间有有影影响响？如何减少过渡过程时间？如何减少过渡过程时间？上上
