9.4. Электромагнитные муфты и тормозные устройств

В состав электроприводов ряда рабочих машин входят электро­магнитные муфты и тормозные устройства.

Электромагнитная муфта - это силовое электромеханическое устройство, позволяющее регулировать скорость исполнительного органа рабочей машины при постоянной скорости вращения дви­гателя. В некоторых случаях электромагнитные муфты (ЭММ) ис­пользуются и для регулирования прикладываемого к исполнитель­ному органу момента.

Рис.140. Устройство (а) и механические характеристики (б) электромагнитной муфты

Электромагнитная муфта (рис. 140, а) состоит из двух механи­чески не связанных друг с другом частей - ведущей и ведомой. Ве­дущая часть, называемая якорем 2 и выполняемая из ферромагнит­ного материала, соединяется с валом двигателя 1 (на рисунке пока­зан асинхронный двигатель). Ведомая часть, называемая индукто­ром 4, располагается внутри ведущей части и соединяется через ре­дуктор 6 (или непосредственно) с исполнительным органом 7 рабо­чей машины. На индукторе 4 располагается обмотка возбуждения 5, которая через контактные кольца 5 подключается к источнику пи­тания. Ток возбуждения I_в может регулироваться, например, с по­мощью резистора R_в, за счет чего и происходит изменение скорос­ти ведомой части муфты, а, следовательно, и исполнительного орга­на 7. Рассмотрим процесс регулирования скорости подробнее, счи­тая, что якорь 2 приводится во вращение от двигателя 1 с постоян­ной скоростью Ω'.

Если обмотка индуктора 4 не обтекается током возбуждения, то между ним и якорем 2 отсутствует магнитная связь и индуктор 4 неподвижен (Ω = 0).

При протекании по обмотке 3 тока возбуждения I_в в воздушном зазоре между якорем и индуктором возникает магнитное поле, под действием которого во вращающемся якоре 2 будут циркулировать вихревые токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем со­здает вращающий момент, под действием которого индуктор начи­нает вращаться в ту же сторону со скоростью Ω. Принцип действия электромагнитной муфты во многом похож на принцип действия асинхронного двигателя, имеющего массивный (сплошной) ротор.

Из механических характеристик муфты Ω (М), представляющих со­бой зависимости скорости индуктора (ведомой части) Ω от развива­емого им момента М при разных токах возбуждения I_в (см. рис. 140, б), видно, что, например, при постоянном моменте на­грузки М_с регулирование тока возбуждения от I_в2 до I_в3 позволяет из­менять скорость индуктора от Ω _с1 до Ω _с2.

Для получения жестких механических характеристик использу­ются замкнутые схемы управления током возбуждения, например с обратной связью по скорости.

Рассмотренная муфта относиться к группе электромагнитных муфт со связью между ее частями через магнитное поле. Существу­ют также муфты с механической связью. В них передача вращаю­щего момента от ведущей части к ведомой осуществляется посред­ством механического трения или зацепления за счет создания меж­ду ними магнитного поля электромагнита с нормальным давлени­ем. Существенно реже в ЭП применяются гидравлические муфты (гидропередачи).

Применение электромагнитных муфт позволяет в ряде случаев упростить автоматизацию технологических процессов и регулиро­вание скорости движения исполнительных органов рабочих машин.

Тормозные устройства. ЭП ряда рабочих машин и механизмов снабжаются тормозными устройствами, которые обеспечивают ос­тановку их исполнительных органов в заданных положениях, огра­ничение пути торможения после отключения двигателя, а также удержание (фиксацию) исполнительных органов в определенном по­ложении после отключения двигателя. К таким рабочим машинам относятся в первую очередь подъемно-транспортные механизмы - краны, лифты, подъемники, эскалаторы и др.

Существующие тормозные устройства имеют весьма разнооб­разное исполнение. Они подразделяются: по виду привода - на элек­тромагнитные, гидравлические и пневматические; по конструкции фрикционных элементов - на дисковые, конические и цилиндри­ческие (которые бывают колодочными и ленточными); по началь­ному положению фрикционных элементов - на нормально разомк­нутые и нормально замкнутые.

В большинстве ЭП применяются тормоза с приводом от элект­ромагнитов, называемые электромагнитными. Эти тормоза могут быть постоянного и переменного тока; в зависимости от длины хода якоря электромагнита - длинноходовые и короткоходовые; с про­должительностью включения 15, 25, 40 и 60% от времени цикла ра­боты ЭП. Короткоходовой тормоз имеет ход якоря электромагни­та, близкий или равный перемещению фрикционных элементов (ко­лодок), а ход якоря электромагнита длинноходового тормоза в не­сколько раз превышает это перемещение.

Принцип действия нормально замкнутого колодочного тор­моза с приводом от электромагнита состоит в следующем. В ис­ходном (нормальном) положении, когда электромагнит не под­ключен к источнику питания, его колодки с помощью пружины прижимаются к тормозному шкиву, расположенному на валу двигателя, и затормаживают его. При включении двигателя на­пряжение одновременно подается и на обмотку электромагнита. Якорь электромагнита, притягиваясь к сердечнику, растормажи­вает колодки тормоза и двигатель начинает вращаться. При отключении двигателя теряет питание и электромагнит, и пру­жина вновь прижимает колодки к шкиву, обеспечивая торможе­ние ЭП. Для обеспечения такой работы электромагнита его об­мотка обычно подключается непосредственно на якорь ДПТ или статор АД.

В ЭП постоянного тока применяются тормоза серии ТКП с короткоходовыми электромагнитами. Они выпускаются на тормоз­ные моменты до 500 Нм и имеют расчетный ход от 1,2 до 4,5 мм. Тормоза серий ТКП 400-ТКП 800 рассчитаны на тормозные мо­менты до 12 500 Нм при ходе до 5 мм. Износостойкость этих тор­мозов составляет 5∙10⁶ циклов.

В длинноходовых тормозах постоянного тока применяются элек­тромагниты типа КМП и ВМ с тормозными моментами до 50 Нм и максимальным ходом колодок до 4,5 мм (при ходе якоря до 120 мм). Износостойкость длинноходовых электромагнитов составляет при­мерно 1∙10⁶ циклов.

Время включения тормозов постоянного тока составляет от 0,15 до 2,5 с, а выключения от 0,1 до 0,6 с. При использовании форсировки время их включения сокращается до 0,1 до 1 с.

Для ЭП переменного тока выпускаются тормоза серии ТКТ с короткоходовыми однофазными электромагнитами типов МО 100 и МО 200. Они рассчитаны на тормозные моменты от 11 до 240 Нм и имеют износостойкость до 1,5∙10⁶ циклов. Собственное время вклю­чения электромагнитов около 0,03 с, а время отключения 0,02 с.

Длинноходовые тормоза переменного тока серии КМТ рассчи­таны на тормозные моменты от 450 Нм до 4000 Нм и имеют ход элект­ромагнита в пределах 50мм-800 мм. Время их включения от 0,1 до 0,5 с, а отключения от 0,15 до 0,6 с. Износостойкость этих тормозов составля­ет (0,4-1)∙10⁶ циклов.

В ЭП некоторых производственных механизмов, в первую оче­редь крановых, в тормозах переменного тока применяются так на­зываемые электрогидравлические толкатели (ЭГТ), которые име­ют более высокую износостойкость, обеспечивают плавную рабо­ту тормоза, характеризуются меньшим потреблением тока и боль­шей надежностью в работе.

ЭГТ представляет собой комплексное устройство, включающее в себя электродвигатель переменного тока небольшой (до 0,4 кВт) мощности, центробежный насос и гидроцилиндр с поршнем. Внут­ренняя полость ЭГТ заполняется маслом.

Работает ЭГТ следующим образом. При подаче на двигатель на­пряжения он начинает вращать крыльчатку насоса. Последний со­здает давление под поршнем, который начинает перемещаться вме­сте со штоком вверх и растормаживать колодки тормоза. В самом верхнем положении открываются каналы в цилиндре, масло пере­текает в нижнюю часть ЭГТ и движение прекращается. Время подъе­ма и опускания штока ЭГТ обычно составляет от 0,3 до 1,5 с.

Выпускаемые тормоза с ЭГТ серий ТКТГ рассчитаны на тормоз­ные моменты от 100 до 12 500 Нм при ходе колодок от 1,2 до 1,8 мм. Срок службы тормозов с ЭГТ составляет 10 лет при числе циклов до 4∙10⁶.

Кроме тормозов, представляющих собой отдельные устройства, в ЭП находят широкое применение встраиваемые в двигатель тор­моза, составляющие с ним единый конструктивный модуль. Такие тормоза выполняются, как правило, дисковыми и управляются от электромагнитов постоянного и переменного тока.

В отечественной практике применяются также многодисковые тормоза с электромагнитами переменного тока типа ТМТ и посто­янного тока типа ТДП. Момент торможения обеспечивается в них центральной пружиной, которая прижимает друг к другу подвиж­ные и неподвижные диски. Растормаживание происходит, как и в обычных тормозах, при подаче напряжения на двигатель и обмот­ку электромагнита, состоящую из нескольких секций, располагаю­щихся по окружности на общем тороидальном магнитопроводе.

Электродвигатели со встраиваемыми электромагнитными тор­мозами выпускаются в составе серий 4А, краново-металлургических двигателей и ряде других.

Вопросы для самоконтроля

1. Поясните назначение и правило выбора аппаратов коммутации, управления и защиты – автоматических выключателей, контакторов, реле, магнитных пус­кателей, предохранителей, реле максимального тока.

2. Устройство и характеристики электромагнитной муфты.

3. Назначение и типы тормозов.