книги / Электромагнитные муфты скольжения

напряжениями.

При превышении напряжения на входе V9 над напря­ жением на входе V10 нуль-орган открывается и выдает на выходе серию импульсов, первый из которых открывает тиристор V5 в определенный момент полупериода. Из-за разницы реактивных сопротивлений входных цепей нульоргана кривые поступающего на них со стабилитронов трапецеидального напряжения имеют разную форму. Конденсатор С2 вызывает изменение угла наклона кри­ вых поступающего на вход V10 напряжения, которое сни­ жается к концу полупериода. При этом наклонная часть кривой напряжения (верхней стороны трапеции) играет роль пилообразного напряжения, вследствие чего управ­ ление осуществляется по вертикальному принципу.

Увеличение напряжения на входе нуль-органа V9 смещает равновесную точку на характеристике опорного напряжения на входе V10 в сторону начала полупериода, что приводит к изменению фазы управляющих импульсов тиристора V5 и увеличению тока через обмотку возбуж­ дения ОВ муфты ЭМС.

При превышении моментом нагрузки предельного значения, заданного резистором R5, диод VII открыва­ ется, возрастает наклон характеристики опорного напря­ жения, смещая равновесную точку в противоположную сторону, что приводит к снижению тока возбуждения муфты и ограничению вращающего момента.

сети обеспечивает синхронизацию управляющих импуль­ сов с питающим напряжением.

10.5. СИСТЕМЫ С ОБРАТНЫМИ СВЯЗЯМИ ПО ПЕРЕДАВАЕМОЙ МОЩНОСТИ

В приводах производственных механизмов, требующих поддержания постоянства мощности на заданном уровне, применяются замкнутые САУ с обратными связями по мощности, передаваемой муфтой. К таким механизмам

212

относятся прежде всего многочисленные Намоточные устройства для ленты, проволоки, нитей, тканей и других материалов, где требование постоянства мощности дик­ туется необходимостью поддержания постоянных значе­ ний натяжения и линейной скорости наматываемого материала. Для этого частота вращения барабана должна быть обратно пропорциональна вращающему моменту, зависящему Q T радиуса намотки.

Рис. 10.7. Схема системы регулирования с обратной связью по мощ­ ности

В качестве датчиков обратной связи по мощности обычно применяют тахогенераторы с обмотками возбуж­ дения, питаемыми напряжением, пропорциональным вра­ щающему моменту. Так как выходное напряжение такого

отличие систем постоянной мощности от ранее рассмот­

213

сформатора Т2 выпрямляется диодным мостом V3, филь­ труется конденсатором СЗ, стабилизируется стабилитроном V4 и выделяется на потенциометре R3, являющемся задатчиком мощности. Напряжение с трансформатора тока Т1 выпрямляется мостом VI, фильтруется конден­ сатором С1 и выделяется на резисторе R1.

Для компенсации тока холостого хода двигателя и превращения линейной зависимости тока от момента в пропорциональную на резисторе R2 выделяется регули­ руемое напряжение смещения от выпрямителя V2 с филь­ тром С2. Напряжение с резисторов R1 и R2, пропорцио­ нальное моменту, подается на обмотку возбуждения 0В2 тахогенератора О, приводимого ведомым валом муфты ЭМС, ведущая часть которой соединена с двигателем М.

Выходное напряжение тахогенератора, пропорциональ­ ное мощности, передаваемой муфтой нагрузке, через диодный мост V5 и фильтр С4 подается на регулируемый резистор R4. Напряжения на резисторах R3 и R4 сравни­ ваются, и их разность управляет усилителем А, питающим обмотку возбуждения ОВ1 муфты. Наличие выпрямителя V5 обеспечивает работоспособность схемы при перемене направления вращения и полярности тахогенератора постоянного тока и возможность замены его тахогенератором переменного тока. В качестве усилителя А может быть применен магнитный, транзисторный или тиристорный усилитель.

10.6. СИСТЕМЫ КОМПАУНДИРОВАНИЯ МУФТ

Системы компаундирования муфт относятся к разомкнутым САУ, так как не содержат обратных связей по каким-либо параметрам, а изменение тока возбуждения осуществляется в функции момента на­ грузки.

На рис. 10.8 приведена простейшая схема системы компаундирова­ ния муфты скольжения [74]. Приводной двигатель М вращает веду­ щую часть муфты ЭМС, о ведомой частью которой соединен рабочий механизм РМ. Часть обмотки возбуждения ОБ получает от сети стабилизированное напряжение через реостат R1, являющийся за­ датчиком, выпрямитель VI и создает магнитный поток холостого хода муфты. Вторая часть обмотки питается от трансформатора тока Т через реостат R2 и выпрямитель V2 током, зависящим от нагрузки муфты. С ростом момента нагрузки возрастают ток выпрямителя V2 и магнит­ ный поток муфты, что повышает жесткость ее механических характе­ ристик.

Реостатом R1 устанавливается частота вращения муфты при холо­ стом ходе привода, а реостатом R2 — угол наклона искусственных ме­

214

боты привода на пониженных частотах вращения, поскольку с ростом нагрузки происходит падение частоты вращения муфты без заметного изменения тока двигателя.

В агрегате, показанном на рис. 1.6 [80], можно обеспечить само­ возбуждение и компаундирование путем выполнения внутренних витков обмотки возбуждения зигзагообразными (волновыми) и соединения ее выводов друг с другом через выпрямитель и реостат.

Г Л А В А О Д И Н Н А Д Ц А Т А Я

НАГРЕВ И ОХЛАЖДЕНИЕ МУФТ

11.1. НАГРЕВ МУФТ

При работе муфт скольжения возникающие в них по­ тери преобразуются в теплоту, которая должна отводить­ ся в охлаждающую среду при допустимых температурах деталей муфты. Основная часть теплоты, обусловленная потерями скольжения, выделяется в активном слое якоря от протекания в нем вихревых токов и зависит от режима работы муфты, характеризуемого значениями момента на­ грузки и скольжения муфты. На температуру нагреваю­ щихся частей в определенных пределах влияет продолжи­ тельность работы муфты. Кроме потерь скольжения в муф­ тах имеют место потери на возбуждение, трение и венти­ ляцию, которые относятся к добавочным потерям и обычно незначительны по сравнению с основными.

215

Потери скольжения в муфте определяются формулой (6.4), а потери на возбуждение равны

PB= IU = I2R,

где /, U, R — ток, напряжение, сопротивление обмотки воз­ буждения.

Потери на трение и вентиляцию в муфтах обычно не учитывают при расчете охлаждения, а в ряде случаев пре­ небрегают и потерями возбуждения, если они не оказыва­ ют заметного влияния на тепловой баланс наиболее нагре­ вающихся деталей. Предельно допустимая температура отдельных деталей муфты различна и определяется при­ меняемыми материалами, а инсщца и конструктивным ис­ полнением муфты. В подавляющем большинстве конструк­ ций муфт наиболее нагревающейся частью является якорь, который допускает и наибольшую температуру нагрева. До­ пустимая температура нагрева массивного якоря ограни­ чивается изменением воздушных зазоров магнитной цепи, вызываемым увеличением диаметра якоря при нагреве.

При внутреннем якоре его нагрев вызывает уменьшение воздушных зазоров, что может привести к контакту якоря с индуктором или статором, а при внешнем якоре увели­ чение зазоров снижает вращающий момент, повышает скольжение муфты и потери, что в свою очередь увеличи­ вает температуру якоря. В связи с этим допустимую тем­ пературу якоря ограничивают обычно значением не более 200 °С. Однако и такая температура якоря может приве­ сти к заметному снижению вращающего момента, обус­ ловленному не только увеличением зазоров и снижением ин­ дукции, но и линейным ростом удельного электрического сопротивления якоря в функции температуры. В последнем случае наибольшее влияние на момент оказывает темпе­ ратура тонкого поверхностного слоя якоря, которая может значительно превышать температуру остального массива.

Удельное электрическое сопротивление нагретого мас­ сивного стального якоря определяется выражением

р = р2о[1+аД0я—20)], (ИЛ)

где р2о — удельное электрическое сопротивление стали при 20 °С; at — температурный коэффициент сопротивления стали; 0 Я— температура нагретого якоря.

При нагреве якоря до 200°С его электрическое сопро­ тивление возрастает в 1,9—2,1 раза, что оказывает боль­ шое влияние на вращающий момент даже при неизмен-

216

ных воздушных зазорах. Диаметр стального якоря, нагре­ того до температуры 0 Я, определяется по эмпирической формуле

где Do — диаметр якоря при О °С.

Расчет показывает, что при нагреве якоря до 200 °С его диаметр возрастает на 0,25%, что превышает размеры обычно принимаемых воздушных зазоров. В реальных ус­ ловиях температурное изменение воздушных зазоров полу­ чается меньшим из-за нагрева и расширения деталей, от­ деленных от якоря зазорами.

К другим деталям муфты, ограничивающим ее рассе­ иваемую мощность, относятся обмотки возбуждения и под­ шипники. Нагрев обмотки возбуждения происходит не только от выделяемой в ней током возбуждения теплоты, но и за счет теплопередачи,от более нагретого якоря, по­ этому во многих конструкциях обмотки удаляют на зна­ чительное расстояние от якоря или разделяют их потоком охлаждающего воздуха.

В зависимости от класса изоляции по нагревостойкости

Изоляционные материалы, работающие при допусти­ мых температурах, сохраняют свои свойства в течение дли­ тельных сроков эксплуатации (до 20 тыс. ч). Превышение допустимой температуры снижает прочность и срок служ­ бы изоляции.

Нагрев подшипников муфты определяется в основном передачей теплоты от якоря и в большой степени зависит от конструктивного исполнения муфты. Подшипники, раз­ мещенные в металлических деталях, имеющих непосредст­ венный контакт с якорем, подвержены более значительно­ му нагреву, чем отделенные от якоря или контактирующих с ним деталей воздушными промежутками.

Предельная температура подшипников определяется допустимыми значениями температуры применяемых в них

смазок.

По способу охлаждения электромагнитные муфты скольжения бывают с естественным, воздушным или водя­ ным охлаждением.

217

11.2.ЕСТЕСТВЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Вряде случаев отвод теплоты в муфтах осуществляет­ ся естественным способом без применения социальных си­ стем охлаждения. Естественное охлаждение обычно при­ меняют в муфтах малой мощности, с внешним ведущим

якорем и в муфтах, предназначенных для работы с венти­ ляторными нагрузками. Иногда муфты с естественным ох­ лаждением находят применение в приводах с большими потерями скольжения. В этом случае выбор типоразмера муфты производится не по заданному вращающему момен­ ту, а по рассеиваемой мощности, вследствие чего размеры и установленная мощность муфты имеют завышенные значения.

Для увеличения рассеиваемой мощности внешняя по­ верхность якоря муфт с естественным охлаждением чаще всего выполняется оребренной. Охлаждающие ребра могут иметь направление вдоль образующих обода якоря или по его окружности. В целях лучшего использования ребер в качестве участков магнитопровода целесообразно их на­ правление выполнять одинаковым с направлением магнит- 'ных силовых линий.

При достижении установившейся температуры деталей муфты выделяющееся количество теплоты равно отдавае­ мому окружающей среде' путем излучения и конвекции. Уравнение теплового баланса при этом имеет вид

а — коэффициент теплоотдачи; 5П— площадь охлаждаемой поверхности; Д0„ — разность температур охлаждаемой по­

где аи — коэффициент теплоотдачи излучением; ак — коэф­ фициент теплоотдачи конвекцией.

Охлаждение поверхности за счет теплопроводности воз­ духа пренебрежимо мало, и им пренебрегают в расчетах.

Коэффициенты теплопередачи излучением и конвекцией зависят от перепада температур поверхности и воздуха и в

218

диапазоне Д0п=4О-5-1ОО °С могут определяться по эмпири­ ческим формулам

При вращении или обдуве открытой охлаждаемой по­ верхности теплоотдача с нее повышается в зависимости от относительной линейной скорости поверхности и охлажда­ ющего воздуха. Значение коэффициента теплоотдачи кон­ векцией при этом можно определить из эмпирического вы­ ражения

охлаждаемой поверхности, м/с; ск — опытный коэффициент, зависящий от равномерности обдува поверхности и меня­ ющийся в пределах 0,5—1,3 (в расчетах обычно принима­ ется равным 0,8).

При обдуве открытой поверхности вращающегося рото­ ра скорость представляет собой геометрическую сумму ско­ рости воздуха и окружной скорости поверхности ротора.

Для повышения теплоотдачи охлаждаемую поверхность часто выполняют ребристой. Наибольшая эффективность оребрения достигается при расположении ребер вдоль на­ правления естественного или принудительного движения воздуха. Так как охлаждающие ребра оказывают друг на друга влияние, то расчетная площадь не равна истинной площади оребренной поверхности. Относительное увеличе­ ние расчетной площади оребренной поверхности определя­ ется по формуле

где 5П— площадь поверхности, не имеющей охлаждающих ребер; tp — шаг ребер; %— коэффициент теплопроводности материала ребер; Ьр—.толщина ребер; hp — высота ребер.

Для практических соотношений величин, входящих в формулу (11.8), можно принять

th (Лр У Щ Щ ) « К У Щ Щ ) .

Тогда упрощенное выражение относительной расчетной площади оребренной поверхности примет вид

219

Передача теплоты чёрез слой материала определяется по выражению

где X — коэффициент теплопроводности материала; бс — толщина слоя материала; 5С— площадь поверхности слоя; Д0С— перепад температур на границах слоя.

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-°С), для раз­ личных материалов имеет следующие значения:

Как видно из приведенных данных, теплопроводность немагнитной стали значительно ниже, чем магнитомягкой. При проектировании бесконтактных муфт, имеющих в маг­ нитных системах немагнитопроводящие участки, следует учитывать роль этих участков в тепловом балансе и при необходимости использовать вместо немагнитных сталей сплавы цветных металлов.

Перепад температур нагревающегося элемента конст­

где в общем случае Д0С представляет собой суммарный перепад температур в нескольких слоях материала (изоля­ ция, стенки магнитопровода и т. д.).

11.3. РАССЕИВАЕМАЯ МОЩНОСТЬ МУФТ

Наибольшее значение потерь, отводимых муфтой в охлаждающую среду при допустимых температурах ее де­ талей, зависит от многих параметров. Этот показатель, на­ зываемый рассеиваемой мощностью, зависит от размеров муфты и их соотношений, конструктивного исполнения, определяемого расположением относительно друг друга якоря, 'подшипников и обмотки возбуждения, используемой системы охлаждения, частоты вращения ведущей части и многих других менее значащих факторов.

220