JZ

JM

J1 j2
1

JL jL2
v2 m M2
折算到电机轴上的总飞轮转矩：
GDZ 2
GM DM2
G1D12
/
j12
GL DL2
/
jL2

365
Gv2 nM2
Ek
=
1 2
m
2
机电传动控制
2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算
当速比较大时，中间传动机构的转动惯量或飞轮转矩
折算后在整个系统中所占比重不大，实际工程中可通过增
+ n
2. 运动方程式
根据动力学定义，旋转运动系统的动力学方程表示为：
MM
T合

J
d
dt
对单轴拖动系统，受到电机输出转矩 TM及负载转矩TL的作用：
T T J d
M
L
dt
系统转动惯量
J mr2 1 mD2 1 GD2
4
4g
+TM
++TTLL
实际中一般用飞轮矩GD2代替转动惯量J，GD2=4gJ；角速度一般用转速 表示，即ω=2πn/60。可得到运动方程式的实用形式:
解:(1)
TL
TLL c M
TL
c j
470.4 34.1N m 0.92 3 5
机电传动控制
解:(2)飞轮惯量的计算
GDZ2
(GDM2
GD12 ) (GD22
GD32 )
1 j12
(GD42
GDL2 )
1 jL2

(294

29.4)
启动时
TM
TL

GD 2 375
dn dt
TM为制动转矩 （TM与n反向为负）
制动时
TM
TL

GD 2 375
dn dt
机电传动控制
例2-1 1. 列出系统的运动方程式；2. 说明系统的运行状态。
拖动转矩
制动矩
制动矩
拖动转矩
解： TM TL GD2 dn 375 dt
加速
TM TL GD2 dn 375 dt
减速
TM TL GD2 dn 375 dt
减速
机电传动控制
2.2 转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算
目的：生产中的机电系统大多是多轴拖动系统， 在分析此类系统时要将其转化为单轴拖动系统。 因此，需将多轴拖动系统的动力参数折算到电机 轴上。 原则：按等效原则，将多轴拖动系统的动力参数 （通常指转矩、转动惯量）折算到电机轴上。 ① 转矩折算：功率守恒原则 ② 转动惯量折算：能量守恒原则
机电传动控制
机电传动控制课程的内容安排与要求
内容安排：2~10周，讲课36学时，实验8学时。 课程特点：涉及内容广，涉及电机学、继电器、接触
器、PLC、晶闸管、直流、交流传动控制系统等，其 中，每门都可形成体系。 要求基础知识多： 《电工学原理》《普通物理》《理论力学》 《控制工程基础》 《机械原理》 课程的重点：电动机的特性和应用 课程的难点：交、直流调速系统
机电传动控制
机电传动控制课程的目录
第1章 绪论
第2章 机电传动系统的动力学基础
第3章 直流电机的工作原理及特性
第4章 交流电机的工作原理及特性
第5章 控制电动机（第11章 步进电机控制系统）
第6章 继电器—接触器控制
第7章 可编程序控制器原理与应用
第8章 电力电子学基础
第9章 直流调速系统
第10章 交流调速系统
+ n
+TM
++TTLL
首先以电机的某一转动方向为正，并以此为基准规定：
① 电机转矩TM与规定的n 一致时为正，相反为负。 ② 负载转矩TL与n方向相反为正，否则为负。
机电传动控制
正方向的约定：TM与n同向为正，TL与n相反为正，反之为负。
TM为拖动转矩 （TM与n同向为正）
负载转矩 （TL与n反向为正）
机电传动控制
2.2.1 负载转矩的折算（依据功率守恒原则）
当执行机构为旋转运动时：
M JM
M
TM
JL TL'
L
M
电动机 （M）
TM
TL 生产机械
TLL cTLM
TL

TLL cM

TL
jc
速比： j M / L ( j1 j2 j3 )
传动效率： c 123 ita
工作机构：是生产机械为执行某一任务的机械部分。 传动机构：传动机构的作用是把电动机的运动经中间变速或变 换运动方式后，再传给生产机械的工作机构 电动机：作用是把电能转换为机械动力，用以拖动生产机械的 某一工作机构。 控制器：用以控制电动机的运行，从而对工作机械的运动实现 自动控制。 电源：为了向电动机和其它电气设备供电，在电力拖动系统中 还必须设有电源部分。
对于输出回转运动的生产机械，机械特性是负载转
矩TL与转速n之间的关系。即 n=F(TL)。
按生产机械机械特性的不同，大致归纳为4种典型的
机械特性。
恒转矩型
离心式通风 机型
直线型
恒功率型
机电传动控制
1. 恒转矩型机械特性 特征是转矩大小与转速无关，即 TL C
n
n
-TL
0
TL T
0
TL
T
(a) 反抗转矩
机电传动控制
2.1 机电传动系统的运动方程式
1. 电气传动系统的机构简化模型：
任何只有一个电动机的电气传动系统均可以简化成以下简图表 示的单轴系统：
一个原动机和一个对原动机的转动产生阻碍作用的负载。
电动机 （M）
TM
TL 生产机械
图2.1 单轴拖动系统+ n+ NhomakorabeaM MM
++TTLL
机电传动控制

(78.4

49)
1 32

(196

450.8)
1 (3 5)2
340N m2
近似获得
GDZ2
GDM2
GDL2
J
2 L
1.15 294
450.8 (3 5)2
340.1N m2
机电传动控制
2.3 机电传动系统的负载特性
概念：同一转轴上负载转矩与转速之间的关系称为机 电传动系统的负载特性，有时也称生产机械的机械特 性。
机电传动控制
机电系统的组成
机电传动控制
机械运动部件
机电传动控制
机电传动控制的目的和任务
传动：运动或能量的传递。
机械 传动
• 齿轮 • 杠杆 • 皮带 • 连杆机构等
传动
液压 传动
• 液压与气动 • 液力传动
机电
• 电力拖动
传动
机电传动控制
机电传动控制的目的和任务
机电传动：以电动机为原动机驱动生产机械的传动系
机电传动控制
执行机构为直线运动时：
M
M
TM
提升重物
Fv cTLM 2 n
M
M 60
TL

Fv
c M
9.55Fv
TL
c
n M
v G
F
下放重物
c' Fv TLM 2 n
M
M 60
TL

c' Fv
M
TL

9.55c' Fv
n
M
机电传动控制
2.2.2 转动惯量和飞轮转矩的折算（依据动能 守恒原则）
大电机轴的转动惯量和飞轮转矩来考虑中间传动机构的影
响。
经验公式：
JZ
JM

JL jL2
GDZ2
GDM2

GDL2 jL2
JZ
JM

J1 j2
1

JL jL2
一般取δ=1.1~1.25
将多轴转动系统折算成单轴转动系统后，根据求得的
转矩和转动惯量就可得到多轴转动系统的运动方程为：
TM
TL
成、主要特性及其应用等； ② 基本控制电路的构成原理，能运用上述电机、电器
设计基本控制电路使其实现工作机械基本功能； ③ 建立在现代电力电子技术基础上的电机及其驱动控
制电路构成原理，工作特性； ④ 实现工作机械整机功能电控系统的构成原理、设计
方法； ⑤ 机电传动及控制系统与负载装置的匹配。
机电传动控制课是一门关于电动机应用的学问。
保证生产过程正常进行。
任务：广义上，使生产机械实现自动化；狭义上，专
指控制电动机驱动生产机械。
机电传动控制
机电传动发展的概况
成组拖动 • 一台电动机 一根天轴 一组生产机械设备 • 机构复杂，损耗大，效率低，工作可靠性差。
单电动机拖动 • 一台电动机 一台设备 • 当生产机械设备运动部件较多时，机构仍复杂，满足不了生
机电传动控制
第二章
机电传动系统的动力学基础
第二章 机电传动系统的动力学基础
本章重点掌握： ①机电传动系统的运动方程式及多轴系统中转矩折算方法； ②机电传动系统稳定运行的条件； ③影响过渡过程的主要因素。
本章内容： 2.1 机电传动系统的运动方程式 2.2 负载转矩、转动惯量和飞轮转矩的折算 2.3 机电传动系统的负载特性 2.4 机电传动系统稳定运行条件 2.5 机电传动系统的过渡过程
统。它是一种由电能转变成机械能的传动系统，有时
也称为电力传动或电力拖动。
机电传动控制：由于生产技术的不断发展，生产机械