книги / Электромагнитные муфты скольжения

С ростом М0 время разгона возрастает до определен­ ного значения, после чего быстро уменьшается до нуля, так как разность начального и конечного скольжений стремится к нулю быстрее, чем динамический момент. Увеличение кривизны механической характеристики муф­ ты при росте р приводит к снижению времени разгона и повышению предельного момента нагрузки.

8.10. ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ПУСКА МУФТ В СИСТЕМАХ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Современные электроприводы с муфтами скольжения в большинстве случаев снабжаются системами автомати­ ческого управления (САУ) током возбуждения с обрат­ ными связями по скорости выходного вала муфты. При необходимости в САУ вводятся также обратные связи по току приводного электродвигателя, связанному линейной зависимостью с вращающим моментом муфты.

На рис. 8.17 слева показаны искусственные механиче­ ские характеристики муфт при различных видах их есте­ ственных характеристик и систем управления, справа — кривые изменения во времени угловой скорости, динами­ ческого момента и тока возбуждения муфты в процессе пуска.

Графики, показанные на рис. 8.17,а, относятся к САУ, имеющей обратную связь по скорости с ограничением тока возбуждения муфты значением 1т а х , которому соот­

щее предельному установившемуся току 1тах. При дости­ жении угловой скорости в точке пересечения естествен­ ной механической характеристики с заданной искусствен­ ной (о)У2 или coyi) ток возбуждения и динамический мо­ мент начинают снижаться до значений, соответствующих заданному режиму работы.

Угловые скорости в различных точках искусственной

182

О)

“О

<оу1

М*

<*>yl '

0

1

\

\

S J Z i

Мпр Мтах М

Ри£ 8.17. Механические характеристики и характер переходных про­ цессов муфт в САУ:

данной угловой скорости муфта последовательно перехо­ дит с искусственной механической характеристики шУ1 на (0у2 и т: д. При этом из-за малого значения р предель­ ный момент, ограниченный предельным током возбужде­

183

в которых производственный механизм не вызывает пе­ регрузку или допустима перегрузка в пределах пускового момента муфты.

Непостоянство предельного момента муфты можно исключить параметрическим способом путем увеличения ее показателя р. Это обеспечивает экскаваторную форму механической характеристики муфты.

На рис. 8.17,6 показаны искусственные характеристи­ ка и кривые процессов пуска при экскаваторной естест­ венной механической характеристике муфты. Здесь при регулировании угловой скорости предельный момент сохраняется близким к постоянному значению, равному пусковому моменту муфты Мтах. значение которого мо­ жет быть изменено регулированием предельного тока воз­ буждения Imax■ В данном случае расчеты процессов пус­ ка привода при различных видах нагрузок также произ­ водятся ранее рассмотренными способами с использова­ нием естественных механических характеристик муфт при больших значениях р или при постоянстве момента муф­ ты (р=оо).

В приводах, где требуются высокая точность и ста­ бильность значений предельного момента, рассмотренная система может не обеспечить предъявляемых требований, так как ее предельный момент может изменяться в функ­ ции питающего напряжения и температуры якоря, окру­ жающей среды, обмотки возбуждения.

Для получения стабильных значений предельного момента в САУ муфты вводят дополнительную обратную связь по току приводного электродвигателя, связанному с моментом линейной зависимостью. Искусственные ме­ ханические характеристики и кривые процессов пуска такого привода не зависят от формы естественных харак­

Поскольку САУ муфт с обратными связями по ско­ рости и току приводного двигателя обеспечивают авто­ матическую форсировку тока возбуждения при пусках, необходимо учитывать в расчетах форму кривой нара­ стания тока возбуждения с учетом форсировки [19].

184

Обратная связь по току приводного двигателя в период пуска, реагируя на его пусковой ток, отключает обмотку возбуждения муфты. При этом пуск двигателя осущест­ вляется на холостом ходу, т. е. в наиболее легких усло­ виях.

8.11. СПОСОБЫ УСКОРЕНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Время переходного процесса зависит от электромаг­ нитной постоянной времени муфты Тэ и механической по­ стоянной времени пуска привода Гп, причем влияние Тэ

янной необходимо уменьшать момент инерции ведомого якоря муфты при сохранении вращающего момента или

мента инерции якоря получают за счет уменьшения тол­ щины или длины его обода. Так как толщина обода определяет площадь его сечения, то для уменьшения на­ сыщения якоря применяются следующие конструктивные приемы:

1) дробление индуктора на несколько секций с от­ дельными обмотками возбуждения и независимыми маг­ нитными потоками (см. рис. 1.3 и 1.15,ас), что позволяет уменьшить толщину и сечение обода якоря, рассчитанно­ го лишь на часть полного потока;

2) выполнение магнитной системы с внешним и внут­ ренним индукторами [19], позволяющее снизить толщи­ ну обода, якоря, не связанную с его насыщением, и одно­ временно обеспечивающее удвоение вращающего момен­ та.

Уменьшение длины обода якоря при сохранении раз­ меров обмотки возбуждения и больших значений индук­ ции в зазоре достигается методами, реализованными в конструкциях, схематически показанных на рис. 1.5,г и 1.16,г.

В бесконтактных муфтах с ведомым индуктором мо­ мент инерции индуктора в значительной степени зависит от мест расположения нерабочих воздушных зазоров, отделяющих неподвижную часть магнитопровода от вра­ щающейся. Для снижения момента инерции индуктора нерабочие зазоры следует располагать таким образом, чтобы наибольшая часть объема магнитной системы при­ ходилась на якорь и неподвижный участок магнитопро­ вода. Так, конструкция по схеме рис. 1.16,5 имеет значи­

185

муфты и соотношения объемов меди и стали в магнитной системе позволяет получить наибольшие значения враща­ ющего момента, которые не отражаются практически на моменте инерции ведомой части. Это обеспечивает сниже­ ние механической постоянной времени привода и ускоре­ ние переходных процессов.

При пуске привода с муфтой без обратной связи по моменту (току) приводного двигателя время переходных процессов зависит также от формы естественной механи­ ческой характеристики муфты. Увеличение показателя формы характеристики |3 приводит к ускорению процесса пуска при постоянстве пускового момента муфты и к за­

но а/А, и кривая намагничивания стали магнитопровода. При постоянных значениях показателей £, DCPID и lz/b из этого выражения путем последовательной подстановки значений Вс и соответствующих им ц0и определяются отношения а/А.

186

с учетом изменения раи для магнитной системы из литой

4) с увеличением отношения а/А влияние длины зуб­ цов на электромагнитную постоянную времени уменьша­ ется;

5) электромагнитная постоянная времени имеет мак­ симальные значения при более высоких отношениях а/А> чем максимальный момент, что повышает роль выбора оптимальных соотношений объемов меди и стали, обес­ печивающих пониженные значения электромагнитной и механической инерционности муфты, снижение расхода меди и потерь на возбуждение.

187

Разделение индуктора на несколько секций с отдела ными обмотками возбуждения и независимыми потоками позволяет снизить не только механическую постоянную времени, но и электромагнитную.

В этом случае для каждой секции уменьшается потокосцепление доФ в формуле (8.58), а общая электромаг­ нитная постоянная системы остается такой же, как для одной секции. По этой же причине электромагнитная по­ стоянная времени явнополюсных муфт с большим числом полюсов значительно меньше, чем индукторных и пан­ цирных.

Рис. 8.19. Бесконтактная муфта с малой электромагнитной инерци­ онностью:

ная постоянная меньше, чем в муфтах с внешним якорем

(DCP<D).

Эффективным способом ускорения электромагнитных переходных процессов является форсировка-возбуждения, при которой на период пуска обмотка включается на повышенное напряжение и нарастание тока происходит быстрее, чем при включении на номинальное напряжение. После достижения номинального значения тока или окончания процесса пуска напряжение на обмотке сни­ жается до номинального [19].

На рис. 8.19 показана бесконтактная магнитная систе­ ма, в которой электромагнитная постоянная времени снижена во много раз по сравнению с другими система­ ми [77]. Одно из полюсных колец статора соединено с ярмом радиальными сердечниками, на которых разме­ щены отдельные обмотки, включенные согласно. С каж-

188

дой обмоткой сцеплена лишь часть полного магнитного* потока, проходящая в секторе aob, поэтому электромаг­ нитная инерционность всей системы определяется одним сектором с одной обмоткой. Обмотки могут быть соеди­ нены параллельно или последовательно.

Г Л А В А Д Е В Я Т А Я

ПОТЕРИ ПРИ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССАХ

9.1.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

При пуске привода с муфтой изменяются ток возбуж­ дения, скольжение и момент муфты, поэтому потери мощ­ ности не постоянны, а меняются во времени в соответст­ вии с выражением

де суммы двух составляющих, одна из которых обуслов­ лена динамическим моментом муфты Мд, а вторая — статическим моментом нагрузки М.

Тогда выражение (9.1) можно представить следующим

189

Подставив (9.4) в (9.3), получим выражение для по­ терь энергии при разгоне привода от угловой скорости <0i до угловой скорости СО

'S'5*

(О]О),

Вряде случаев удобнее пользоваться преобразованным выражением

выделяются в виде теплоты в якоре муфты и рассеива­ ются им, в связи с чем расчет потерь необходим не толь­ ко для определения энергетического баланса муфты, но

ипри конструировании ее системы охлаждения, особенно

вприводах с частыми пусками.

Электромагнитная инерционность муфты увеличивает время пуска и одновременно снижает вращающий мо­ мент в процессе разгона. Как видно из (9.1), эти измене­ ния в какой-то мере компенсируют друг друга, поэтому влияние электромагнитной инерционности на потери при разгоне в целом невелико, и в дальнейшем пренебрегаем этим влиянием. Потери энергии в муфте до момента тро­ гания, называемые для краткости потерями трогания, в значительной степени зависят от электромагнитной инер­ ционности муфты, влияние которой учитывается при оп­ ределении этих потерь (см. § 9.3).

Полные потери при пуске равны сумме потерь разго­ на и трогания

момента нагрузки и является потерями разгона привода вхолостую

Ш|

190