电机拖动基础(现用).ppt

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电机与拖动基础电机与拖动基础11/6/20221电机与拖动基础电机与拖机与拖动课程前言程前言一、本一、本课程性程性质及其特点：

及其特点：

1、本、本课程属于技程属于技术基基础课2、基本概念多、基本概念多3、电磁力关系复磁力关系复杂（电流、流、电压、磁、磁场、力矩关系）力矩关系）4、该课程以大学物理和程以大学物理和电路理路理论为基基础11/6/20222电机与拖动基础二、参考二、参考书：

1、王毓东编电机学上、下，浙江大学出版社2、顾绳谷编电机及拖动基础，机械工业出版社3、唐介编电机与拖动，高等教育出版社4、许建国编电机与拖动基础，高等教育出版社11/6/20223电机与拖动基础三、本三、本课程学程学习内容：

内容：

变压器、直流机、异步机、同步机器、直流机、异步机、同步机掌握内容：

掌握内容：

1）工作原理）工作原理2）电磁力分析磁力分析3）特性及）特性及应用用11/6/20224电机与拖动基础四、四、电机的作用与功能：

机的作用与功能：

电机是机是实现机械能与机械能与电能相互能相互转换的的电磁机器磁机器电动机：

机：

电能机械能能机械能发电机：

机械能机：

机械能电能能变压器：

器：

U1交流交流电能能变成成U2交流交流电能能11/6/20225电机与拖动基础五、五、电机的分机的分类：

1、按、按电能形式分能形式分直流直流电机机（发电机机、电动机机）交流交流电机机（异步机异步机、同步机同步机）（发电机机、电动机机）11/6/20226电机与拖动基础2、按能量、按能量转换形式分形式分发电机机（直流直流电机机、交流交流电机机）（异步机异步机、同步机同步机）电动机机（直流直流电机机、交流交流电机机）（异步机异步机、同步机同步机）11/6/20227电机与拖动基础六、六、电机的作用：

机的作用：

1、进行能量行能量转化、化、传输和分配和分配电能能一一简单供供电系系统图11/6/20228电机与拖动基础2、驱动生生产机械机械磁磁悬浮列浮列车大型大型车床床11/6/20229电机与拖动基础3、控制各种自、控制各种自动设备盲人引路盲人引路车爬行机器人爬行机器人11/6/202210电机与拖动基础七、七、电机的机的发展状况展状况大型和超小型方向大型和超小型方向发展展同步同步发电机定子机定子各种微各种微电机机11/6/202211电机与拖动基础电力拖动系统动力学电力拖动系统动力学1.11.1电力拖动系统的运动方程式电力拖动系统的运动方程式电电力力拖拖动动系系统统一一般般是是由由电电动动机机、生生产产机机械械的的传传动动机机构构、工工作作机机构构、控控制设备和电源组成。

制设备和电源组成。

电力拖动系统组成电力拖动系统组成机机械械特特性性表表明明电电动动机机内内部部转转速速和和转转矩矩之之间间的的关关系系，生生产产机机械械的的负负载载转转矩矩特特性性表表明明负负载载的的性性能能，要要研研究究整整个个电电力力拖拖动动系系统统，必必须须研研究究电电动动机机和和负负载载之间的运动规律之间的运动规律电力拖动系统的运动方程式。

电力拖动系统的运动方程式。

11/6/202212电机与拖动基础1.单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统电动机转轴与生产机械的工作机构直电动机转轴与生产机械的工作机构直接相连，工作机构是电动机的负载。

接相连，工作机构是电动机的负载。

单轴电力拖动系统单轴电力拖动系统T为电动机的电磁转矩为电动机的电磁转矩（Nm），TL为电动机的负载转矩为电动机的负载转矩（Nm），J为电动机轴上的总转动惯量为电动机轴上的总转动惯量（kgm2），为电动机的角速度为电动机的角速度（rad/s）,D为系统转动部分的回转直径为系统转动部分的回转直径（m）,m为系统转动部分的质量为系统转动部分的质量（kg）,11/6/202213电机与拖动基础是具有加速度量纲的系数，单位为是具有加速度量纲的系数，单位为mmins。

动转矩动转矩系统处于加速；系统处于加速；恒速或静止，稳定运转状态；恒速或静止，稳定运转状态；系统减速系统减速为系统转动部分的回转半径为系统转动部分的回转半径（m）,g=9.81m/s2为重力加速度为重力加速度,G为为系系统统转转动动部部分分的的重重力力（N）,GD2为为转转动动部部分分的的飞飞轮轮矩矩（Nm2）,11/6/202214电机与拖动基础实实际际的的电电力力拖拖动动系系统统，大大多多数数是是电电动动机机通通过过传传动动机机构构与与工工作作机机构相连的多轴电力拖动系统。

构相连的多轴电力拖动系统。

研研究究多多轴轴电电力力拖拖动动系系统统时时，需需要要对对每每根根轴轴分分别别写写出出运运动动方方程程式式并联立求解，最后得出电力拖动系统的运动规律，显然比较麻烦。

并联立求解，最后得出电力拖动系统的运动规律，显然比较麻烦。

11/6/202215电机与拖动基础等效是指拖动系统在折算前和折算后的功率等效是指拖动系统在折算前和折算后的功率及储存动能保持不变，即等效单轴系统应与实际及储存动能保持不变，即等效单轴系统应与实际的多轴系统具有相等的机械功率和动能。

的多轴系统具有相等的机械功率和动能。

实实用用工工程程计计算算：

采采用用筒筒化化多多轴轴电电力力拖拖动动系系统统的的分分析析计计算算，将将负负载载转转矩矩与与系系统统飞飞轮轮矩矩折折算算到到电电动动机机轴轴上上，变变多多轴轴系系统统为为等等效效的的单单轴轴系统。

系统。

多轴电力拖动系统的简化多轴电力拖动系统的简化11/6/202216电机与拖动基础1.2多轴电力拖动系统的简化计算多轴电力拖动系统的简化计算1.2.1工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算工作机构为转动情况时，转矩与飞轮矩的折算1.转矩的折算转矩的折算多轴电力拖动系统中多轴电力拖动系统中:

工作机构折算前的机械功率工作机构折算前的机械功率=工作机构折算后的机械功率工作机构折算后的机械功率f为工作机构转轴的角速度；为工作机构转轴的角速度；Tf为工作机构的实际负载转矩；为工作机构的实际负载转矩；为电动机轴的角速度；为电动机轴的角速度；TF为工作机构负载转矩折算到电动为工作机构负载转矩折算到电动机轴上的折算值；机轴上的折算值；为为传传动动机机构构总总的的速速比比，写写成成一一般形式为般形式为等于各级速比乘积；等于各级速比乘积；11/6/202217电机与拖动基础考虑传动机构的传动效率：

考虑传动机构的传动效率：

式式中中为为传传动动机机构构总总效效率率，等等于于各各级级传传动动效效率率乘乘积积，；传动机构转矩损耗：

传动机构转矩损耗：

由于负载是由电动机拖动的，电磁转矩为拖动性转矩，由于负载是由电动机拖动的，电磁转矩为拖动性转矩，T是由电动机负担。

是由电动机负担。

11/6/202218电机与拖动基础2飞轮矩的折算飞轮矩的折算飞轮矩用于表征运动物体机械惯性的大小；飞轮矩用于表征运动物体机械惯性的大小；工作机构转轴的飞轮矩为工作机构转轴的飞轮矩为，动能为动能为:

折合到电动机轴上的飞轮矩为折合到电动机轴上的飞轮矩为，折算后其动能为，折算后其动能为:

折折算算的的原原则则是是折折算算前前后后该该轴轴的的动能不变，即动能不变，即化简后得到负载轴上飞轮矩的折算公式化简后得到负载轴上飞轮矩的折算公式:

旋转物体的动能为旋转物体的动能为:

11/6/202219电机与拖动基础传传动动机机构构中中还还有有转转速速为为nb的的轴轴，其其轴轴上上各各部部分分的的总总飞飞轮轮矩实际值为矩实际值为,动能是动能是:

折折合合到到电电动动机机轴轴上上以以后后的的飞飞轮矩为轮矩为，其动能为，其动能为:

根据折算前后该轴动能不变的原则有根据折算前后该轴动能不变的原则有:

飞飞轮轮矩矩折折算算时时，其其折折算算值值为为实实际际值值除除以以速速比比的的平平方方，（注注意意不不同同转转速的轴其速比也不一样。

速的轴其速比也不一样。

）11/6/202220电机与拖动基础写成一般形式为写成一般形式为:

一一般般地地说说，传传动动机机构构各各轴轴以以及及工工作作机机构构转转轴轴的的转转速速要要比比电电动动机机轴轴的的转转速速低低，飞飞轮轮矩矩的的折折算算与与转转速速比比平平方方成成反反比比；尽尽管管可可能能有有多多根根轴轴，但但它它们们的的飞飞轮轮矩矩折折算算到到电电动动机机轴轴上上后后数数值值不不大大，是是系系统统总总飞飞轮轮矩矩的的次次要要部部分分（20-30%）；电电动动机机转转子子本本身身的的飞飞轮轮矩矩是是系系统统总总飞飞轮轮矩矩中中的的主主要要部部分分（70-80%）。

从上面分析的结果可以得到整个电力拖动系统折算到电动机轴从上面分析的结果可以得到整个电力拖动系统折算到电动机轴上的总飞轮矩为上的总飞轮矩为:

11/6/202221电机与拖动基础一般地说，一般地说，传传动动机机构构各各轴轴以以及及工工作作机机构构转转轴轴的的转转速速要要比比电电动动机机轴轴的的转转速速低低，飞轮矩的折算与转速比平方成反比；飞轮矩的折算与转速比平方成反比；尽尽管管可可能能有有多多根根轴轴，但但它它们们的的飞飞轮轮矩矩折折算算到到电电动动机机轴轴上上后后数数值值不大，是系统总飞轮矩的次要部分不大，是系统总飞轮矩的次要部分（20-30%）；电电动动机机转转子子本本身身的的飞飞轮轮矩矩是是系系统统总总飞飞轮轮矩矩中中的的主主要要部部分分（70-80%）。

11/6/202222电机与拖动基础例题例题11（Pg4）已知飞轮矩已知飞轮矩GDa2=14.5Nm，GDb2=18.8Nm，GDf2=120Nm，传传动效率动效率1=0.91,2=0.93,转矩转矩Tf=85Nm，转速转速n=2450rmin，nb=810rmin，nf=150rmin，忽略电动机空载转矩，忽略电动机空载转矩，求：

求：

（1）折算到电动机轴上的系统总飞轮矩折算到电动机轴上的系统总飞轮矩GD2；

（2）折算到电动机轴上的负载转矩折算到电动机轴上的负载转矩TF。

11/6/202223电机与拖动基础解解:

（1）系统总飞轮矩系统总飞轮矩:

（2）负载转矩负载转矩:

11/6/202224电机与拖动基础1.2.21.2.2工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算工作机构为平移运动时，转矩与飞轮矩的折算有有些些生生产产机机械械，如如桥桥式式起起重重机机的的起起重重小小车车、龙龙门门刨刨床床等等，它们的工作机构作平移运动。

它们的工作机构作平移运动。

刨刨床床电电力力拖拖动动系系统统：

电电动动机机经经多多级级齿齿轮轮变变速速后后，用用齿齿轮轮、齿齿条条把把旋旋转转运运动动变变成成工工作作台台的的平平移移运运动动。

切切削削时时工工件件与与工工作作台台一一起起以以速速度度V移移刨床电力拖动示意图刨床电力拖动示意图动，刨刀固定不动。

作用在工件上的切削力为动，刨刀固定不动。

作用在工件上的切削力为F，电动机电动机的转速为的转速为n，传动机构效率为传动机构效率为。

11/6/202225电机与拖动基础把把这这种种多多轴轴系系统统等等效效成成单单轴轴系系统统，须须将将切切削削力力及及平平移移运运动动部部件件的的质质量量折折算算到到电电动动机机轴轴上上的的等等效效转转矩矩TF及及等等效效飞飞轮轮矩矩GDF2。

1.转矩的折算转矩的折算工作机构为平移运动时，切削功率为工作机构为平移运动时，切削功率为:

根据功率平衡关系则有根据功率平衡关系则有:

电动机轴上的等效转矩电动机轴上的等效转矩:

传动机构的转矩损耗传动机构的转矩损耗:

11/6/202226电机与拖动基础2.飞轮矩的折算飞轮矩的折算折算的原则：

折算前后储存的动能相等。

折算的原则：

折算前后储存的动能相等。

平移运动部件的动能平移运动部件的动能:

折算到电动机轴上的转动惯量中储存的动能折算到电动机轴上的转动惯量中储存的动能:

根据折算前后动能不变的原则有根据折算前后动能不变的原则有:

11/6/202227电机与拖动基础例例题题:

已已知知切切削削力力F=10000N，工工作作台台与与工工件件运运动动速速度度v=0.7m/s，（Pg12）传传动动机机构构总总效效率率=0.81，电电动动机机转转速速n=1450rmin，电动机的飞轮矩电动