книги / Электрические аппараты. Общий курс

Где J — момент инерции подвижных частей; со0— начальная угловая скорость;

Мтр— момент трения; а тр— угол поворота вала, при котором происходит

торможение; с — удельная теплоемкость материала дисков;

т— масса диска;

п— число дисков;

0Доп— допустимая температура материала диска; 0О— температура окружающей среды.

Уравнение (15-5) позволяет рассчитать параметры электромагнитного тормоза с точки зрения нагрева.

Недостатком конструкций, изображенных на рис. 15-3 и 15-4, является наличие скользящего контакта.

В настоящее время разработаны конструкции муфт, у которых катушка возбуждения неподвижна, а магнит­ ный поток проходит через притягивающиеся ферромаг­

чают три этапа. Первый этап — с момента подачи на­ пряжения до момента соприкосновения дисков. Длитель­ ность этого этапа определяется только параметрами са­ мой муфты.

Расчет времени трогания и времени движения произ­ водится по формулам § 5-7 и 8-3.

Второй этап — с момента соприкосновения дисков до окончания проскальзывания дисков относительно друг друга. Для определения времени второго этапа необхо­ димо рассмотреть уравнения движения ведущих и ведо­

стей передачи;

coi— угловая скорость ведущей части передачи; со2— угловая скорость ведомой части передачи; Мд— момент, развиваемый электродвигателем; Мтр— момент трения в муфте;

М н— момент нагрузки на ведомой части пере­ дачи.

Введем скорость скольжения сос: (0С“ COjl---0)2.

Тогда из системы уравнений (15-6) и (15-7) получим:

Для решения уравнения необходимо знать, как из­ меняется Мд, МТр, Мн в динамике. В общем случае Мд является функцией скорости coi, момент Мтр зависит от Fn и йтр, а момент нагрузки Мн зависит от скорости сог

ивремени t.

Сцелью упрощения решения зависимости Мд, Мтр и

Мн линеаризуются на небольших участках изменения скорости.

Зная зависимость сос= /(0 > из уравнения (15-8) оп­ ределяем время t, при котором сос= 0. Это и будет время скольжения.

Третий этап — разгон. Ведущая и ведомая части муфты жестко связаны. Время разгона определяется уравнением

где J — момент инерции всех движущихся частей; Мд— момент двигателя; М н— момент сопротивления.

Временем включения муфты называется промежуток времени от момента включения муфты до достижения вращающим моментом 0,9 установившегося значения.

Время включения возрастает с увеличением габари­ тов муфты, постоянной времени электромагнита, хода якоря и числа дисков. В выполненных конструкциях оно находится в пределах от 0,07 до 0,3 с.

Время отключения — это промежуток времени от обесточивания цепи до спада вращающего момента до 0,1% номинального значения. Это время увеличивается с ростом габаритов муфты, магнитного потока и колеб­ лется от 0,1 до 0,4 с.

Необходимо отметить, что при каждом сцеплении муфты происходит нагрев дисков за счет энергии, выде­ ляемой при проскальзывании. Число включений, допус­

каемых муфтой, определяется температурой нагрева ее дисков [Л. 15-2].

Электромагниты муфт выполняются на постоянном токе, что упрощает технологию изготовления и уменьша­ ет габариты муфты (§ 5-6). Если источник питания пере­ менного тока, то муфта питается через полупроводнико­ вые выпрямители, которые встраиваются в нее, причем переменный ток подается непосредственно на кольца. Для ускорения срабатывания быстродействующих муфт применяется форсировка, описанная в § 5-7.

Электромагнит муфты имеет большую постоянную времени. Поэтому при отключении муфты на контактах коммутирующего аппарата возникает дуга, которая за ­ медляет процесс отключения и вызывает сильную эро­ зию контактов. При быстром обрыве дуги возможно возникновение перенапряжения и пробой обмотки (§ 4-2). Для облегчения процесса отключения обмотка шунтируется разрядным резистором (рис. 3-7,а). Для того чтобы после обесточивания избежать залипания муфты в притянутом состоянии магнитная система дол­ жна иметь небольшой зазор. Иногда применяется специ­ альное размагничивание добавочной обмоткой. «

15-3. Ферропорошковые муфты

Принципиальное устройство ферропорошковой муфты барабанного типа показано на рис. 15-5. Ведущий вал 1 через немагнитные фланцы 2 соединен с ферромагнит­ ным цилиндром (барабаном) 3. Внутри цилиндра распо­ лагается электромагнит 4 с обмоткой 5. Питание обмотки осуществляется через контактные кольца (на рисунке не показаны). Внутренняя полость 7 заполнена ферро­ магнитным порошком (чистое или карбонильное железо) с размером зерен от 4—6 до 20—50 мкм.

Ферромагнитный порошок смешивается с сухим (тальк, графит) или жидким (трансформаторное масло, кремнийорганические масла) наполнителем. При отсут­ ствии напряжения на обмотке электромагнита при вра­ щении ведущей части (барабана) электромагнит, связан­ ный с ведомым валом, остается неподвижным, посколь­ ку наполнитель обеспечивает свободное перемещение ферромагнитных зерен относительно друг друга.

Конечно, определенное трение между барабаном и магнитом существует, но оно относительно невелико.

При подаче напряжения на электромагнит вязкость среды, находящейся в барабане, резко возрастает. Уве­ личивается сила трения между барабаном и электромаг­ нитом. На ведомом валу появляется вращающий момент.

тромагнитом заполняется ферромагнитной смесью, маг­ нитная проводимость зазора резко увеличивается, что позволяет уменьшить необходимую м. д. с. обмотки и уве­ личить к о э ф ф и ц и е н т у п р а в л е н и я муфты, рав­

ный отношению передаваемой мощности к мощности электромагнита.

Если положить, что магнитные сопротивления бара­ бана и электромагнита равны нулю и jic = const, то мо­ мент, передаваемый муфтой, будет пропорционален квад­ рату тока:

где ô — зазор между электромагнитом и барабаном; fw — м. д. с. электромагнита.

Вдействительности из-за насыщения магнитной цепи при большой м.д. с. зависимость M = f(I) близка к ли­ нейной.

Рассмотрим характеристики муфты в статическом ре­ жиме.

Во втором квадранте рис. 15-6 изображена зависи­ мость момента, передаваемого муфтой, от тока возбуж­ дения /.

Впервом квадранте представлены механическая ха­ рактеристика двигателя Л4Д= /Д(coi) и характеристика на­ грузки MH= f HW - До тех пор, пока / < / ь момент, пере­

развивает момент Ма и ведомый вал имеет скорость сог (точка а'). Угловая скорость двигателя при этом рав­ на 0)ь

скорости. Для оценки влияния центробежных сил вво­ дится отношение kn= FnIFdM.

Это отношение увеличивается с ростом радиального размера /?, угловой скорости и уменьшается с ростом ин­ дукции в рабочем зазоре [Л. 15-2].

Исследования показали, что даже при 5 = 1 ,8 Т отно­ шение Fц/Fэм достигает 40%, если частота вращения рав­

100% и муфта теряет управление [Л. 15-2].

Поэтому ферропорошковые муфты не следует приме­ нять при больших скоростях (более 3000 об/мин).

По сравнению с электромагнитными муфтами трения ферропорошковые -муфты имеют значительно большее быстродействие (примерно в 10 раз) благодаря отсут­ ствию подвижного якоря. Изменение момента во времени для линейной части характеристики M (i) определяется законом роста тока L Поэтому в схемах автоматики по­ рошковая муфта является инерционным звеном первого порядка. Большим преимуществом ферропорошковой муфты является отсутствие быстроизнашивающихся дис­ ков трения.

Недостатком ферропорошковых муфт является мень­ шая передаваемая мощность при одинаковых габаритах с муфтой трения.

Ферропорошковые муфты целесообразно применять там, где требуется высокое быстродействие, большая ча­ стота включения и плавное регулирование скорости ве­ домого вала. Вопрос расчета и конструкции ферропорош­ ковых муфт рассмотрен в [Л. 15-2 и 15-3].

15-4. Гистерезисные муфты

Возможны два варианта исполнения муфт: в первом магнитное поле индуктора создается обмоткой, во вто­ ром — постоянными магнитами. Недостатком первого варианта является наличие контактной системы для пе­ редачи тока в индуктор. Достоинством — возможность электрического управления муфтой. Муфты с постоянны-

Рис. 15-7. Магнитно-гистерезисная муфта с радиальным рабочим зазором.

ми магнитами (магнитно-гистерезисные) обладают вы­ сокой надежностью. Однако регулирование передавае­ мого момента в них затруднено [Л. 15-5].

Рассмотрим принцип действия муфты, у которой маг­

нечниками 2 укреплены в магнитопроводе 5, связанном с ведущим валом. На оси ведомого вала сидит втулка 5 из немагнитного или магнитно-мягкого материала. На поверхности втулки укреплены кольца 4 из материала, имеющего большие потери на гистерезис. Эти кольца являются активным слоем. Шихтованная структура ак­ тивного слоя устраняет вихревые токи и возникновение асинхронного вращающего момента. Теория, конструк­ ция и проектирование магнитно-гистерезисных муфт под­ робно рассмотрены в [Л. 15-5].

Пусть ротор заторможен, а индуктор вращается при­ водным двигателем с угловой скоростью соь

Под действием вращающегося магнитного поля эле­ ментарные магнитики активного слоя будут вращаться, появляются потери на гистерезис от перемагничивания. Потери за один цикл определяются максимальным зна-

где р — число пар полюсов муфты.

Мощность, передаваемая активному слою через ра­

возникшими в гистерезисном слое, создает вращающий момент. Этот момент связан с активными потерями в ро­ торе. Как показано в [Л. 15-4], момент, действующий на ротор равен:

Мг он начнет вращаться в направлении вращения индук­ тора со скоростью (ù2Скольжение ротора относительно индуктора равно:

Крутящий момент, передаваемый муфтой, выразится уравнением

М н ^ М г, то скорость ведомой части увеличивается, пока ©2 не станет равной соь Муфта достигает синхронной ча­ стоты вращения. В этом режиме можно считать, что ак­ тивный слой становится тоже постоянным магнитом, вра­

На рис. 15-9 изображена зависимость скольжения ги­ стерезисной муфты от момента нагрузки. До тех пор, по­ ка МН^ М Г, ведомый вал вращается с синхронной скоро­ стью (s = 0) (кривая 1). Если момент нагрузки превы­ шает гистерезисный момент, то ведомый вал вращается со скольжением (кривая 2). Однако момент, передавае­ мый муфтой, остается постоянным, равным Мс.