1. Электродвигатели и их производственные механизмы.

В соответствии с [5,33,43], передаточные функции электродвигателей практически всегда определяются совместно с присоединенным рабочим (производственным) механизмом. Это объясняется тем, что момент инерции такого механизма оказывается, как минимум, такого же порядка что и момент инерции ротора электродвигателя, а чаще всего и значительно больше. При этом в качестве типовой нагрузки на вал электродвигателя принимается нагрузка с механической характеристикой

Mн(р) = (Ао +А₁р + А₂/р)*Ω(р) (1.1)

где А₀, Ai.Ai - постоянные коэффициенты, характеризующие физические параметры механического сопротивления (вязкое трение, присоединенный момент инерции, присоединенное упругое сопротивление);

Ω - угловая скорость вращения;

М_н - нагрузочный момент.

1. Электродвигатели постоянного тока.

Электродвигатели постоянного тока разделяются на две большие группы: электродвигатели с электромагнитным возбуждением и с возбуждением от постоянных магнитов.

Электродвигатели с электромагнитным возбуждением, в свою очередь, подразделяют на двигатели с независимым, последовательным и смешанным возбуждением. На практике применяются три способа регулирования угловой скорости электродвигателя:

за счет изменения тока (напряжения) якоря (независимое возбуждение);

за счет изменения потока возбуждения (полюсное);

за счет изменения сопротивления в цепи якоря.

Основным способом управления угловой скоростью (и вращающим моментом) двигателя постоянного тока является якорное управление. Этот метод позволяет получить широкий диапазон регулирования, плавность регулирования и минимальные электрические постоянные времени системы. При таком способе управления динамические характеристики двигателей с независимым возбуждением и с возбуждением от постоянных магнитов оказываются практически одинаковыми. Характеристики таких устройств, в большинстве случаев, являются слабо нелинейными и обычно линеаризуются при анализе [33,34].

При управлении двигателем постоянного тока по обмотке возбуждения можно получить существенно большие значения модуля коэффициента передачи привода за счет существенного ухудшения его динамических свойств. Кроме того, линейность коэффициента передачи в этом случае, как правило, хуже, чем при якорном управлении [43]. Этот способ управления применяется реже, чем якорное управление.

В соответствии с [33,43] передаточные функции электродвигателя постоянного тока с якорным управлением могут быть описаны следующими выражениями:

1.2

В приведенных формулах:

• значения электрических постоянных времени T₃=L_a/R_a (для различных электрических двигателей находится в пределах - 0,01...0,1 с); при якорном управлении от источника тока электрическая постоянная времени принимается равной нулю; при управлении приводом по цепи возбуждения электродвигателя значения электрических постоянных времени значительно выше, чем при якорном управлении и могут достигать десятков секунд [34];

• значения электромеханической постоянной времени T_3M=J/C_B пропорционально суммарному моменту инерции вращающихся частей и зависит от приведенного коэффициента вязкого трения в механизме;

• С_м - коэффициент вращающего момента электродвигателя С_м=М_вр/1_я;

• С_е - коэффициент, определяющий противоЭДС (Е_я) C_e=E/'w.

Значения электромеханических постоянных времени для приводов различных типов колеблются в широких пределах. Для мощных двигателей с присоединенными к ним малоинерционными механизмами эта величина находится в пределах - 10...500 мс [43], а для маломощных двигателей с инерционной нагрузкой (гироскопы, центрифуги) постоянная времени может достигать значений 10... 100 с и более [34,43].

Значения напряжений U_a и токов 1_я, являющихся входными величинами для электродвигателя на практике колеблются в очень широких пределах: 1...220 В и 10 мА...10 А для двигателей малой и средней мощности [34,43]. Поэтому очевидно, что для генерации таких управляющих сигналов устройство определения динамических характеристик, должно включать согласующие усилители с соответствующими параметрами.

Измерение скорости вращения двигателя производится либо устройством типа тахогенератора, либо непосредственно цифровым датчиком оптического или индукционного типа [33.34]. Для согласования сигнала тахометра с входом устройства определения динамических параметров может потребоваться согласующий усилитель-преобразователь. Цифровой датчик также требует специфического устройства согласования, включающего цепи питания и преобразователь выходного сигнала (усилитель, декодер, цифроаналоговый преобразователь).