книги / Электромагнитные муфты скольжения

На начальных участках разгона, когда угловая скорость еще мала по сравнению с установившейся, увеличение кривизны 0 механической характеристики муфты приводит к росту потерь. В процессе разгона при малых р потери возрастают быстрее, чем при больших, в результате чего, начиная с некоторых значений конечной угловой скорости, муфты с большой кривизной характеристики становятся экономичнее.

Значения конечной угловой скорости, при которой муфты с 0=1 и 10 равноценны по потерям энергии при пусках, зависят от нагрузки и

Рис. 9.7. Зависимости потерь разгона от конечной угловой скорости прн постоянном (а), линейно возрастающем (б) и вентиляторном (в) моментах нагрузки при 0 = 1 (--------) и 10 (------------- )

возрастают с ее увеличением. {Три постоянном нагрузочном моменте

=0,99соу при ЛТв = 1|05ЛТтпах-

Таким образом, рост показателя нагрузки q увеличивает диапазон

шение этого влияния с ростом q.

В приводах с частыми пусками и большими маховыми массами, увеличивающими базовую энергию A0t рассматриваемые потери могут играть существенную или даже основную роль в энергетическом ба­ лансе, вследствие чего выбор показателя кривизны механической ха-

201

рактеристики муфты р и определение параметров, обеспечивающих это значение показателя (главным образом числа зубцов-полюсов), при­ обретает большое практическое значение.

В целом можно отметить, что зависимости потерь разгона от мо­ мента нагрузки близки по своему характеру соответствующим графи­ кам продолжительности разгона при одинаковых видах нагрузок. Наи­ большая аналогия проявляется при нагрузках с постоянным моментом и постоянной мощностью. Для нагрузок с линейно возрастающим и вен­ тиляторным моментами сходство кривых возрастает при увеличении нагрузочного момента.

Отмеченная аналогия позволяет считать, что с увеличением про­ должительности разгона потери в муфте возрастают. Этот же вывод можно сделать из формул (9.25), (9.27), (9.29) и (9.30), если учесть, что значения Х0 в этих формулах отрицательны. Подтверждением дан­ ного вывода является также выражение потерь (9.32).

Г Л А В А Д Е С Я Т А Я

СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ МУФТАМИ

10.1. РАЗНОВИДНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Для управления муфтами скольжения находят приме­ нение системы с ручным управлением током возбуждения и САУ (рис. 10.1).

Системы с ручным управлением содержат обычно вы­ прямитель в цепи обмотки возбуждения и регулирующий элемент в виде реостата или автотрансформатора, с по­ мощью которого изменяют ток возбуждения и частоту вращения муфты, работающей на естественных механиче­ ских характеристиках. Иногда в таких системах исполь­ зуются управляемые полупроводниковые выпрямители [45]. Системы с ручным управлением наиболее просты по устройству и в эксплуатации, но не обеспечивают ста­ бильной работы муфты в заданном режиме. Частота вра­ щения муфты меняется при изменениях нагрузки, темпе­ ратуры деталей муфты, напряжения питающей сети. Ути изменения частоты вращения во многом зависят от фор­ мы естественных механических характеристик муфты, ее рассеиваемой мощности, влияющей на температуру яко­ ря, и конструктивного исполнения, определяющего темпе­ ратурное изменение воздушного зазора и его направление.

Наибольшее распространение в промышленности полу­ чили электромагнитные муфты скольжения с автоматиче-

202

ским управлением тока возбуждения. Для муфт скольжения обычно ис­ пользуют замкнутые САУ с обратными связями по регулируемому парамет­ ру. Регулируемыми пара­ метрами чаще всего яв­ ляются частота вращения, момент муфты или ее выходная мощность. Ино­ гда для обратной связи используют напряжение, снимаемое с датчика дав­ ления, расхода или какойлибо другой неэлектриче­ ской величины, стабили­ зация и регулирование

которой осуществляются муфтой.

Обратная связь по вращающему моменту муфты обыч­ но используется вместе с обратной связью по частоте вра­ щения и дополняет ее, обеспечивая ограничение нагрузки привода на заданном уровне. Это ограничение нагрузки часто называют отсечкой по моменту.

10.2.ЭЛЕМЕНТЫ САУ И ИХ НАЗНАЧЕНИЕ

Взамкнутых САУ в качестве составных элементов ис­ пользуют задающие органы, датчики обратной связи по стабилизируемому параметру, усилители и источники пи­

тания. В зависимости от типа применяемых датчиков и усилителей системы могут снабжаться различными пре­ образовательными устройствами. Задающими органами САУ (задатчиками) являются потенциометры, подключен­ ные к источнику постоянного напряжения.^При регулиро­ вании ручки задающего потенциометра производится из­ менение выдаваемого в САУ напряжения, пропорциональ­ ного заданному значению регулируемого параметра.

В качестве датчиков обратной связи по частоте враще­ ния чаще всего используются тахогенераторы, приводимые от выходного вала муфты ременной передачей или монти­ руемые непосредственно на этом валу. Тахогенераторы выдают в САУ напряжение, пропорциональное фактиче­ ской частоте вращения муфты, которое затем сравнивает­ ся с задающим напряжением, и их разность используется для регулирования частоты вращения привода с муфтой.

203

Разность напряжений задатчика и датчика обратной связи возникает в результате воздействия либо внешних факторов (нагрузки, температуры, напряжения источни­ ка питания), когда изменяется фактическая частота вра­ щения и САУ возвращает ее к первоначальному значе­ нию, либо оператора на положение задатчика, когда си­ стема обеспечивает изменение частоты вращения до ее но­ вого заданного значения.

В САУ муфтами применяются тахогенераторы как по­ стоянного, так и переменного тока. Недостатком первых является наличие коллектора и щеток, снижающих на­ дёжность привода в целом, поэтому в последние годы предпочтение отдается бесконтактным синхронным тахо^ генераторам, выпрямленное напряжение которых исполь­ зуется в САУ.

Иногда для обратной связи находят применение бес­ контактные импульсные датчики, частота импульсов на выходе которых пропорциональна частоте вращения. Для использования в цепи обратной связи выходные импульсы датчика преобразовываются в пропорциональное их час­ тоте постоянное напряжение.

В качестве датчиков обратной связи по вращающему моменту используются трансформаторы тока, устанавли­ ваемые в одной из фаз природного электродвигателя, вра­ щающего муфту скольжения. Так как на рабочем участке характеристики ток двигателя линейно зависит от его вра­ щающего момента, то трансформаторы тока являются про­ стыми и надежными датчиками момента.

В качестве усилителей в САУ находят применение магнитные, транзисторные и тиристорные усилители. Пре­ имуществом магнитных усилителей является простота ввода в САУ одновременно нескольких обратных связей. При наличии нескольких управляющих обмоток усилите­ ля на каждую из них может быть подано напряжение об­ ратной связи по одному из регулируемых параметров. К недостаткам магнитных усилителей относятся большие габариты и масса, а также меньшее быстродействие по сравнению с другими типами усилителей.

Транзисторные усилители находят применение в муф­ тах малой мощности, имеющих небольшой ток возбужде­ ния (2—3 А).

Наибольшее распространение получили тиристорные усилители, в которых система формирования управляю­ щих импульсов тиристоров определяет в конечном счете всю схему САУ Формирователи импульсов выполняются на транзисторах и отличаются большим разнообразием.

204

В качестве элементов источников питания в САУ муф­ тами используют трансформаторы или делители напряже­ ния на резисторах, присоединенные к сети, питающей при­ водной двигатель муфты, выпрямители, сглаживающие фильтры и стабилизаторы напряжения.

10.3. СИСТЕМЫ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ ПО ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ МУФТЫ

Большинство замкнутых САУ муфтами снабжаются обратными связями по частоте вращения. Такие системы обеспечивают жесткие искусственные механические харак­ теристики муфты и высокую стабильность работы привода в заданном режиме независимо от влияния внешних воз­ мущающих факторов (температуры окружающей среды, нагрева муфты, изменения напряжения источника пита­ ния, разброса параметров муфт из-за отклонений разме­ ров зазоров и состава сталей в пределах допусков и т. д.).

На рис. 10.2 приведена схема импульсной САУ с тири­ сторным усилителем. Приводной двигатель М вращает ведущую часть муфты ЭМС, с ведомой частью которой соединен тахогенератор G. Обмотка возбуждения ОВ муф­ ты питается от одной из вторичных обмоток трансформа­ тора Т через силовые диоды VI и V2 и тиристор VII. На­ пряжение с другой вторичной обмотки трансформатора выпрямляется мостом V3y сглаживается фильтром (Л, R2y

Рис. 10.2. Схема САУ с обратной связью по частоте вращения муфты

205

стабилизируется стабилитронами V4 и V5 и выделяется на задающем потенциометре R1. После сравнения задаю­ щего напряжения с напряжением обратной связи тахогенератора G их разность выделяется на резисторе R3 и управляет усилителем на транзисторах V8 и V9.

Если частота вращения муфты выше заданной, то транзистор V8 открыт, a V9 закрыт. На управляющий электрод тиристора VII не поступает никаких сигналов, и в цепи обмотки возбуждения нет тока. Частота вращения муфты снижается до тех пор, пока не станет ниже задан­ ной. При этом транзистор V8 закроется, a V9 откроется и будет заряжать конденсатор С2 до тех пор, пока напря­ жение на нем не откроет однопереходный транзистор V10, выдающий на тиристор VII управляющий импульс, от­ крывающий его,

С увеличением разности заданной и фактической час­ тот вращения возрастает напряжение на резисторе R3, увеличиваются открытие транзистора V9 и скорость заря­ да конденсатора С2, что приводит к более раннему фор­ мированию управляющего импульса и увеличению тока возбуждения. Приближение фактической частоты враще­ ния к заданной снижает ток возбуждения муфты до его рабочего значения в заданном режиме. Таким образом, среднее значение импульсного тока возбуждения зависит от превышения задающего напряжения над напряжением обратной связи.

Делитель напряжения на резисторах R4, R5 и R6 по­ зволяет подобрать нужные напряжения питания элементов схемы. Диод V6 обеспечивает разряд обмотки ОВ при за­ крытии тиристора VII.

Питание элементов схемы от одного источника обеспе­ чивает синхронизацию управляющих импульсов, формиру­ емых в одной и той же фазе каждого полупериода вы­ прямленного напряжения.

На рис. 10.3 приведена схема, применяемая в приво­ дах с бесконтактными муфтами японских фирм Fuji и Yaskawa. От одной из вторичных обмоток трансформато­ ра ГУ через выпрямительный мост VI и стабилизатор, вы­ полненный на транзисторах V2 — V5, подается питание на потенциометр R3, являющийся задатчиком частоты вра­ щения. Регулируемым резистором R2 устанавливается значение стабилизированного напряжения на задатчике.

Датчиком обратной связи по частоте вращения явля­ ется бесконтактный синхронный тахогенератор G, напря­ жение которого выпрямляется диодным мостом V9 и вы-

206

деляется на регулируемом резисторе R6. После сравнения задающего напряжения с напряжением обратной связи их разность на регулируемом резисторе R5 управляет тран­ зистором V6. Напряжение с вторичной обмотки трансформатора, имеющей среднюю точку, через фазо­ сдвигающую цепь Rl, С1 подается на первичную обмотку управляющего трансформатора Т2. С этой же обмотки выпрямленное диодами и стабилизированное напряжение выделяется на регулируемом резисторе для смещения ра­ бочей точки транзистора V6.

Напряжение с вторичной обмотки трансформатора Т2, управляемое транзистором V6 в функции отклонения час­ тоты вращения от заданной, подается на управляющий электрод вспомогательного маломощного тиристора V7, питающегося от третьей вторичной обмотки трансформа­ тора. В цепь управляющего тиристора V7 включена пер­ вичная обмотка трансформатора ТЗ, вторичная обмотка ко­ торого соединена с управляющим электродом силового тиристора У5, питающего обмотку ОВ муфты.

207

А В С N

и фильтр R6, С2 подается на резистор R10. Напряжения на R9 и R10 сравниваются, и их разность управляет тран­ зистором V9, степень открытия которого оказывает влия­ ние на время заряда конденсатора С. Напряжение на конденсаторе С управляет формирователем импульсов, включающим транзистор V7 и импульсный трансформа­ тор Т, вторичная обмотка которого включена в управляю­ щую цепь тиристора V2.

Изменение сопротивления транзистора V9 меняет вре­ мя заряда конденсатора С до напряжения переключения транзистора V7, что приводит к смещению фазы управ-

208

ляющих импульсов на тиристоре и изменению тока в обмотке возбуждения ОВ муфты ЭМС.

Диод VI является разрядным. Питание транзисторов

устанавливается минимальная в диапазоне регулирования

ограничение тока возбуждения обеспечивает ограничение предельного вращающего момента муфты на необходимом регулируемом уровне (см. рис. 8.17,6).

10.4. СИСТЕМЫ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ ПО ЧАСТОТЕ ВРАЩЕНИЯ И МОМЕНТУ МУФТЫ

В приводах, где необходимо точное ограничение вра­ щающего момента при любой форме механических харак­ теристик используемых муфт скольжения (см. рис. 8.17,в), САУ выполняются с двумя обратными связями: по часто­ те вращения и передаваемому моменту. На рис. 10.5 при­ ведена схема такой САУ с тиристорным усилителем. Напряженнее трансформатора Т2, выпрямленное диодным мостом V2, подается для питания однопереходного тран-

Рис. 10.5. Схема САУ с обратными связями по частоте вращения к мо­ менту

200

зистора V8, а после сглаживания конденсатором С1 и стабилизации группой стабилитронов V5 — на транзисторы V6, V10, VII и задатчик частоты вращения R4.

Двигатель М приводит во вращение ведущий ротор муфты ЭМС, с ведомым якорем которой соединен тахогенератор G. Напряжение обратной связи с тахогенератора через выпрямитель V7, обеспечивающий сохранение по­ лярности при реверсе, выделяется на резисторе R3.

Разность напряжений задатчика и обратной связи усиливается транзисторами VII и V10 и заряжает конден­ сатор СЗ. При определенном напряжении на конденсаторе однопереходный транзистор V8 открывается и выдает импульс, который после усиления транзистором V6 через выходной импульсный трансформатор ТЗ управляет ти­ ристорами полууправляемого силового выпрямительного моста V3, питающего обмотку возбуждения ОВ муфты. Последовательное включение тиристоров в плечи полу­ управляемого моста требует раздельного выполнения их управляющих цепей (в отличие от параллельного), но исключает необходимость установки разрядного диода, так как обмотка возбуждения разряжается через неуправ­ ляемые диоды моста.

матора тока Т1, установленного в одной из фаз двигателя, выделяется на резисторе R1, выпрямляется диодным

силовая цепь которого шунтирует конденсатор СЗ.

При моменте нагрузки, не превышающем заданного резистором R2 значения, стабилитрон V закрыт и данная часть схемы не оказывает влияния на ток возбуждения муфты. При превышении моментом нагрузки заданного предельного значения стабилитрон V открывается и тран­ зистор V9 шунтирует конденсатор СЗ, снижая скорость его заряда, что вызывает запаздывание управляющих импульсов и уменьшение тока возбуждения муфты.

Показывающий прибор п служит для измерения частоты вращения выходного вала муфты.

В системе управления муфтой, разработанной в ЭНИКМАШе для приводов типа ПЭМС, для фомирова-

210