电动机与生产机械的传动系统控制优化

变频器传动系统，常由变频器、异步电动机和生产机械构成一个整体。为了研究这种传动系统，先来说明电动机和生产机械之间的关系。

就电动机和生产机械之间的关系看，多数情况下是通过一种机械传动装置互相连接起来。这种机械传动装置最简单的可以是靠背轮或联轴节，复杂的可以是一个变速箱。这样就构成了由电动机和生产机械及传动装置所组成的统一的旋转运动系统。这种机械运动系统的运行规律可以用运动方程式来描述：

亦可写成

式中 T_M——电动机产生的转矩（N·m）；

T_L——折合到电动机轴上的静负载转矩（N·m）；

GD²——折合到电动机轴上的总的飞轮惯量（N·m²）；

n——电动机轴转速（r/min）；

t——时间（s）；

375——具有加速度量纲的系数。

上述运动方程式，实质上是旋转运动系统的牛顿第二定律。(www.xing528.com)

将式（3-5a）写成如下形式：

T_M-T_L=T_d（3-6）

式中 T_d——动态转矩或惯性转矩，T_d=（GD²/375）（dn/dt）。

T_d的大小与旋转系统的GD²和旋转加速度dn/dt的乘积成正比。当旋转速度不发生变化时，惯性转矩为零；如果旋转速度发生变化，即有加速度或减速度时，惯性转矩就和加（或减）速度成比例地存在。这就是说，当旋转系统处于稳态时，惯性转矩为零；处于动态过程中，则产生惯性转矩。

式（3-6）中，电动机的转矩T_M是由电动机的类型及其控制方式决定的，而生产机械的负载转矩则是由生产机械的负载特性决定的。两者是互相独立的。如果人为地控制电动机的转矩T_M，使之与T_L之间存在某种关系，则可以控制旋转系统的运转状态。例如，当T_M>T_L，则系统处于加速状态；T_M<T_L，则系统处于减速状态；T_M=T_L则系统处于稳速状态（或静止状态）。

以异步电动机驱动风机、泵类生产机械为例，电动机负担着由生产机械的转矩特性所决定的静负载转矩和电动机转子、联轴器（或变速箱）及制动轮等旋转部件在加（减）速过程中所需要的加（减）速转矩。以加速为例，电动机的转矩包括两部分：

电动机的转矩=负载静阻转矩+加速转矩为说明方便，以加速转矩基本恒定的情况为例。加速运行的情况如图3-18所示。为使风机、泵类负载从速度n=0加速到速度n=n₁，必须控制电动机的转矩，使之大于负载的静阻转矩，以适应加速的需要。若保持加速转矩恒定，速度则随时间按直线规律上升（图3-18b中实线），加速过程结束时，电动机的转矩在图3-18a中由b点变到c点。若使电机转矩从图3-18a中的a点变化到c点，则电动机的转速随时间的变化规律则如图3-18b中的虚线所示。

图3-18 生产机械运动时所需的转矩

a）生产机械转矩特性和加速转矩 b）生产机械的加速和稳定运行

为了按生产工艺的需要控制生产机械，必须根据生产机械的转矩特性和旋转系统的GD²的具体情况，恰当地控制电动机的转矩。