книги / Электрические аппараты

дукцшо насыщения. Поэтому для таких датчиков широко применяется пермаллой. С целью увеличения чувствитель­ ности магнитопровод датчика выполняется без зазоров. В некоторых исполнениях датчика тонкая пластина пермал­ лоя с обмоткой приклеивается к детали так же, как тензо­ датчик [13.2].

Погрешности датчика вызываются колебаниями питаю­

от стабилизированных источников питания. Для компенса­ ции температурной погрешности в одно плечо моста вклю­ чается датчик, подвергающийся воздействию контролируе­ мой силы, в другое — компенсационный, имеющий точно такие же параметры, но не подвергающийся воздействию. При изменении внешней температуры одинаково изменяются активные сопротивления датчиков. Поскольку эти датчики включены в схему моста, изменение их активного сопротив­ ления не сказывается на работе всего измерительного ка­ нала.

Погрешности за счет магнитоупругого гистерезиса могут достигать 4 % и вызваны тем, что одному и тому же значе­ нию воздействующей силы соответствует различное значение магнитной проницаемости. Для уменьшения этой погрешно­ сти выбирается материал с узкой петлей гистерезиса. Н а­ пряженность магнитного поля должна приближаться к на­

когда потокосцепление изменяется в результате изменения магнитной проводимости. Эти явления лежат в основе работы индукционных датчиков.

Индукционные датчики часто используются как датчики скорости. Если использовать дифференцирующие и инте­ грирующие цепочки, то можно получить выходные величины, пропорциональные ускорению и перемещению.

Простейший индукционный датчик скорости линейного

перемещения показан на рис. 13.11. Выходной сигнал сни­ мается с обмотки, в которой наводится ЭДС E — Blwv, где В — индукция, создаваемая в рабочем зазоре кольцевым постоянным магнитом; Тл; I — длина витка перемещающей­ ся измерительной обмотки, м; w — число витков; v — ско­

нала, пропорционального перемещению, сигнал с обмотки интегрируется с помощью цепочки RC. При интегрировании с малой погрешностью постоянная времени T = R C берется достаточно большой и сигнал уменьшается в сотни раз.

1 z

Для контроля частоты вращения используются датчики в виде тахогенераторов и импульсных индукционных датчи­ ков. Тахогенератор постоянного тока может представлять собой генератор малой мощности с возбуждением от посто­ янных магнитов. ЭДС на выходе такого генератора пропор­ циональна частоте его вращения п:

Е = кп.

Для повышения линейности выходной характеристики сопротивление нагрузки должно быть возможно больше (уменьшается реакция якоря). Переходное сопротивление щеток вносит существенную погрешность.

Более надежны асинхронные тахогеиераторы (рис. 13.12). Обмотка статора 1 питается от источника перемен­ ного тока частотой 400—500 Гц. Обмотка 2 неподвижна и сдвинута относительно обмотки 1 на 90°. Полый алюми­ ниевый ротор 3 связан с валом, скорость которого контроли­ руется.

При неподвижном роторе пульсирующий поток от об­

мотки 1 не вызывает ЭДС в выходной обмотке, так как оси обмоток сдвинуты на 90°. При вращении ротора 3 в нем во­ зникают ЭДС и токи резания, пропорциональные частоте вращения. Эти токи создают поперечное магнитное поле, изменяющееся с частотой питания. Возникающая в обмот­ ке 2 под действием магнитного поля ротора ЭДС имеет ам­ плитуду, пропорциональную угловой скорости ротора:

Е== со.

Достоинством такого датчика является отсутствие ще­ ток и неизменность частоты выходного сигнала.

Если обмотку 1 питать от сети постоянного тока, то об­ мотка 2 выдает ЭДС, пропорциональную угловому ускоре­ нию вала.

Рис. 13 13. Импульсный индукционный датчик

На рис. 13.13 показан импульсный индукционный дат­ чик. На вращающемся валу укреплен выступ 1 из магнито­ мягкой стали. При прохождении выступа мимо рабочего зазора магнитное сопротивление RMдля потока постоянного магнита резко уменьшается.

При нарастании потока появляется первый импульс ЭДС в выходной обмотке 3. При спадании потока — второй. За один оборот появляется два импульса ЭДС. Число импуль­ сов в единицу времени считывается измерительным устрой­ ством. Достоинство датчика — в точности, не зависящей от качества выполнения магнитной системы, старения посто­ янного магнита, расстояния между валом и магнитом и дру­ гих факторов. Источником погрешности для первых двух типов датчиков является изменение сопротивления обмо­ ток под действием температуры.

Специальными мерами погрешность можно уменьшить до 0 ,5 -1 ,5 % [13.2].

I пава ч еты р н ад ц атая ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МУФТЫ УПРАВЛЕНИЯ 14.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для регулирования частоты вращения, вращающего мо­

в виде муфт с электрическим управлением. Эти муфты мож­ но подразделить на индукционные и электромагнитные.

Индукционные муфты (рис. 14.1) по принципу действия аналогичны асинхронному двигателю с короткозамкнутым ротором. Приводной двигатель соединяется со сплошным якорем 1, ведомый вал связан с индуктором 2. Катушка

Рис. 14.1. Индукционная муфта:

1 —якорь; 2 —индуктор; 3 —магнитная система; 4 —катуш­ ка возбуждения; 5 —магнитный поток

возбуждения 4 создает постоянный магнитный поток 5, за­ мыкающийся по якорю 1. При вращении якоря магнитное поле катушки индуктора пересекает цилиндрическое тело якоря, и в нем наводятся вихревые токи. Взаимодействие этих токов с магнитным полем создает силу, которая увле­ кает индуктор в направлении вращения якоря. Материал якоря должен обладать малым удельным электрическим сопротивлением, что обеспечивает возникновение достаточ­ но больших вихревых токов, и высокой магнитной проница­ емостью для получения возможно больших значений маг­ нитного потока.

Регулируя ток возбуждения / в и тем самым меняя маг­

нитное поле, можно плавно регулировать в широких преде­ лах частоту вращения и передаваемый вращающий момент ведомого вала.

На рис. 14.2 показаны механические характеристики ин­

Мвои — номинальный момент муфты; / в,н0м — соответству­ ющий ему номинальный ток возбуждения; п — частота вра­ щения в процентах частоты вращения при отсутствии на ведомом валу нагрузки.

Рис. 14.2. Механические характеристики индукционной муфты при раз­ личном токе возбуждения

При увеличении момента нагрузки угловая скорость ве­ домого вала уменьшается. При этом возрастают скольже­ ние и токи, наводимые в якоре муфты. Увеличение токов в якоре увеличивает момент, развиваемый муфтой и пере­ даваемый на ведомый вал.

Механические характеристики индукционной муфты су­ щественно зависят от нагрузки. Поэтому для стабилизации скорости применяются специальные регулирующие устрой­ ства.

Более широко применяются электромагнитные муфты, в которых используется электромагнитное усилие притяже­ ния между ферромагнитными телами (§ 5.6). Эти муфты удобны в эксплуатации, имеют малые габаритные размеры и небольшое время срабатывания, передают большие мощ­ ности на валу при сравнительно малой мощности управле­ ния. Ниже рассматриваются фрикционные, ферропорошковые и гистерезисные электромагнитные муфты.

В обесточенном состоянии пружина 9 упирается в на­ правляющую втулку 7, жестко закрепленную на валу 10, и отодвигает подвижную часть полумуфты 5 вправо. При этом поверхности трения (диски 4) не соприкасаются и ве­ домый вал 10 разобщен с ведущим валом И .

При подаче на обмотку управляющего напряжения воз­ никает магнитный поток Ф. На полумуфты 3, 5, выполнен­ ные из магнитомягкого материала, начинает действовать электромагнитная сила, притягивающая их друг к другу. Таким образом полумуфты и обмотка представляют собой электромагнит. Между дисками 4, жестко связанными с де­ талями 3 и 5, возникает сила нажатия, обеспечивающая необходимую силу трения и их надежное сцепление.

На рис. 14.3,6 изображена поверхность трения. Элемен­

где руд — давление на поверхности трения, Па; kTP — коэф­ фициент трения; R — текущий радиус поверхности трения, м.

Результирующий момент, развиваемый муфтой,

где Р=^ет/^вш ; RBm, Rbt — внешний и внутренний радиусы трущихся поверхностей дисков 4, обычно р = 0,Зн-0,8.

ной основе — сталь

н 7 % железа. Составляющие в порошкообразном состоянии прессуются при высоком давлении (сотни мегапаскалей) и затем спекаются при температуре 700—800 °С. Аналогично изготовляется металлокерамика на железной основе. Ме­ таллокерамические материалы имеют высокое значение &Тр и допускают высокую рабочую температуру (до 200 °С).

Давление рУЯопределяется износом поверхностей трения дисков. Для металлокерамических материалов оно состав­ ляет 0,8— 1, для сталей 0,4—0,6 МПа.

В процессе пуска момент, который должен быть передан муфтой, возрастает, так как кроме статического момента нагрузки Мн необходимо передать динамический момент Мдин. При этом проскальзывание (пробуксовка) поверхно­ стей трения должно быть небольшим, иначе они могут вый­ ти из строя из-за нагрева до высокой температуры. В режи­ ме пуска

учитывающий возрастание момента муфты при пуске. Зна­ чения k3 для различных видов нагрузок приведены ниже:

При большом передаваемом моменте для уменьшения габаритных размеров муфты применяется многодисковая система (рис. 14.4). Диски 6 связаны с ведущей частью муфты 5 и могут свободно перемещаться вдоль направляю­ щих 7. Диски 8, связанные с электромагнитом ведомой ча­ сти, также могут перемещаться по направляющей 4. В дан­ ной конструкции магнитный поток, создаваемый обмоткой 1, не проходит через диски, а замыкается через магнитопровод 2 и якорь 3, что позволяет уменьшить зазор элект­ ромагнита. Момент, развиваемый такой муфтой,

Рис. 14.4. Многодисковая фрикционная муфта

где Мд — момент трения одной пары дисков; п — общее число дисков.

Зная поверхность трения S и допустимое давление на поверхности одного диска руд, можно найти основные пара­ метры электромагнита. Поскольку рабочий зазор мал и маг­ нитное поле в рабочем зазоре равномерно, определить элек­ тромагнитное усилие можно по формуле Максвелла (§5.6).

Электромагнитное усилие создается двумя полисами с кольцеобразной поверхностью. Соответственно

Руд $ — Р0м ~ Paul + Рэм2 = Вы Si/(2fx0) + fie2 S2/(2(x0),

где Si—поверхность полюса с меньшим радиусом; S2 — поверхность полюса с большим радиусом. Положим Si = S2.

Поскольку ф 61 = ф02, то при Si = S2 = S

электромагнитный тормоз. В обесточенном состоянии пру­ жина создает необходимое давление на диски трения и вал

надежно заторможен. Для освобождения вала необходимо подать напряжение па электромагнит, преодолевающий си­ лу пружины. При остановке вращающегося вала вся кинети­

ная угловая скорость; Л1тр — момент трения; а тр ■— угол по­ ворота вала, при котором происходит торможение; с — удельная теплоемкость материала дисков; т — масса дис­ ка; п — число дисков; 0ДОП— допустимая температура ма­ териала диска; 0о — температура окружающей среды.

Уравнение (14.5) позволяет рассчитать параметры элек­ тромагнитного тормоза с точки зрения нагрева.

Недостатком конструкций, изображенных на рис. 14.3 и 14.4, является наличие скользящего контакта.

Разработаны конструкции муфт, у которых катушка воз­ буждения неподвижна, а магнитный поток проходит через притягивающиеся ферромагнитные детали ведущей и ведо­ мой частей муфты [14.1]. Однако передаваемый такими муфтами момент значительно ниже, чем у контактных.

б) Динамический режим электромагнитной муфты. При включении муфты различают три этапа. Первый этап — с момента подачи напряжения до момента соприкосновения дисков. Длительность этого этапа определяется только па­ раметрами самой муфты. Расчет времени трогания и вре­ мени движения якоря производится по формулам § 5.7.

Второй этап — с момента соприкосновения дисков до окончания их проскальзывания относительно друг друга. Для определения длительности второго этапа рассмотрим уравнения движения ведущих и ведомых частей

ел — угловая скорость ведущей части передачи; юг — угло­ вая скорость ведомой части передачи; Мд — момент, раз­ виваемый электродвигателем; Мтр — момент трения в муф­ те; Мн — момент нагрузки на ведомой части муфты.