книги / Электромеханические аппараты автоматики
..pdfм
Рис. 6.3. Зависимости |
вращающего |
момента Л/зд |
двигателя, |
момента, |
пере |
|
даваемого муфтой, Л/эм (а) и передаваемой сю мощности |
Р 2 (6) |
от |
со |
|||
Учитывая, что электромагнитный момент, передаваемый |
||||||
муфтой, Л/эм = Рзмг и г= £>/2, t’ = cor, можно получить |
|
|||||
Мэм = Ф2Дг2о>/( |
pSn)= Кысо = *'мФ2со, |
|
|
(6.5) |
||
где со— угловая |
скорость |
скольжения |
ведомой |
и |
ведущей |
|
частей муфты относительно |
друг друга. |
|
|
|
||
На рис. 6.3, а приведены зависимости М (со), из которых видно, что в установившемся режиме частота вращения
ведомого вала |
|
(02= 0)1- ( 0. |
(6.6) |
Передаваемая муфтой мощность |
|
/>2= Мссо2= А:м((о1- ш2)(о2. |
(6.7) |
Из зависимости Р2(со) (рис. 6.3, б) видно, что Р2тах создается при частоте вращения coi/2. Мощность, теряемая в виде потерь на вихревые токи в массивном роторе муфты,
Р'2 = Мео)= Ки(й2. |
(6.8) |
|
Коэффициент управления муфтой |
|
|
КУ= Р21РХ, |
(6.9) |
|
где P i— мощность управления, |
передаваемая на ведомый вал. |
|
Электромагнитные процессы |
в короткозамкнутом |
якоре |
с беличьей клеткой протекают так же, как и в асинхронных двигателях.
Пример 6.1. Рассчитать основные размеры явнополюсной муфты скольжения с короткозамкнутой обмоткой якоря (рис. 6.1) без учета реакции якоря, если передаваемая муфтой
мощность |
Р2 = 290 кВт; |
частота |
вращения |
ведущего вала |
||||
= 190 об/мин. |
Якорь |
и |
полюсы |
индуктора |
выполняются |
|||
шихтованными из |
листовой |
электротехнической |
стали. |
|||||
1. Выбор индукции Вь в воздушном зазоре. |
||||||||
Обычно |
В5= 0,85 ч-1,05 |
Тл |
[58, 59, |
78]. Индукция |
||||
Въ выбирается из |
соображений |
оптимального |
использования |
|||||
261
материала магнитной цепи и меди обмотки возбуждения. Большее значение индукции принимается для муфт большей
мощности (200—300 кВт). |
Примем 55= 1,05 Тл. |
|
2. Выбор числа зубцов |
Z t полюсов |
индуктора. Из опыта |
проектирования [58, 59] рекомендуется |
Z t = 164-45. Большим |
|
мощностям муфт соответствуют большие значения Z t. При |
||
чрезмерно большом числе зубцов Z x магнитный поток полюса уменьшается за счет рассеяния настолько, что уменьшается
передаваемый |
муфтой момент. При |
малом значении Z b т. е. |
при большом |
полюсном делении, |
возрастает реакция якоря |
и возможно «опрокидывание» муфты так же, как у асинх
ронного двигателя. Предварительно принимается |
Z t = 20. |
|||
3. |
Скольжение S в номинальном режиме находится |
в пре |
||
делах |
1,5 ч-3% |
[58]. Чем мощнее муфта, тем меньше |
сколь |
|
жение. Предварительно принимаем 5=1,8% . |
векторами |
|||
4. |
Значение |
coscp2, где <р2— угол сдвига между |
||
тока и ЭДС якоря с короткозамкнутой обмоткой, составляет
0,95—0,98 |
[58]. |
|
|
|
|
|
Предварительно принимается cos <р2= 0,98. |
||||||
5. Значение |
КПД ц |
принимается предварительно так же, |
||||
как и |
для |
асинхронного |
двигателя |
[60]: |
г) = 0,94. |
|
6. |
Расчетная |
мощность муфты |
[58]: |
х |
||
P = P2/(r\ cos ср2)= 290/(0,94 • 0,98) = 315 кВт.
7. Диаметр D якоря муфты определяется по зависимостям
[61]. Для этого |
рассчитывается число пар |
полюсов: |
|
|
|
р = /2 = 20/2 = 10. |
|
По |
значению |
р и указанным зависимостям можно найти |
|
D ~ 1,2 |
м. |
деление |
|
8. Полюсное |
|
||
|
т= 71.0/2/7= я • 1,2/(2 • 10) = 0,189 |
м. |
|
9. Ширина полюса Ьп с учетом размещения обмотки |
|||
возбуждения определяется по [58]: Ьп = (0,65 |
0,55)т. Принимая |
||
Ь„ = 0,64т, получаем |
|
||
=0,64 0,189 = 0,12 м.
10.Воздушный зазор для индукционных муфт мощностью
100—300 кВт рекомендуется [58]
8 = (2,54- 8)• 10_3 м.
Муфтам большей мощности соответствуют большие зазоры. Для расчета принято 5 = 8 10“ 3 м.
11. Отношение £, амплитуды переменной составляющей магнитного потока, возникающей вследствие зубцовых пуль-
262
саций, к его полному значению определяется по зависимостям [58] и по отношению
|
|
|
|
Ьп/Ь = 0,12/0,008 = 15. |
|
||||
Для |
данного значения |
b j 8 |
^ = 0,62. |
|
|
||||
12. |
Активная длина / муфты может быть определена по |
||||||||
эмпирической |
формуле [58] |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
/=8,04 |
10" 2 |
' Z tP2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D6n\t?S |
|
|
|
= 8,04 • 10~2 |
2 0 - 3 1 5 2 |
0,305 м. |
||||||
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
1,26 • 1903 • 0,622 - 0,018 |
|
||||
Принимаем |
/=0,3 |
м. |
|
|
а6 полюсной |
дуги обычно |
|||
13. Расчетный |
коэффициент |
||||||||
находится |
в |
пределах |
а5= 0,6 ч-0,85 |
[62]. Предварительно |
|||||
принимаем |
а8= 0,75. |
А |
[58] |
|
|
||||
14. |
Линейная нагрузка |
|
|
||||||
|
|
|
|
л _ |
5,5 |
Ю3^ |
|
|
|
|
|
|
|
a8fi6/i1ri£)2/cos(p2 |
|
|
|||
|
|
|
|
5,5 • 103*290 |
|
|
|
4 |
|
|
0,75 1,05-190-0,94 1,22-0,3 0,98 |
’ |
/М' |
||||||
15. Магнитный |
поток |
в воздушном |
зазоре |
[58]: |
|||||
|
Ф5= Въа&х1—1,05 • 0,75-0,189 - 0,3 = 4,46 • 10“2 Вб. |
||||||||
16. Число |
пазов Z 2 якоря |
|
выбирается по |
рекомендациям |
|||||
[60, 61 ]. При этом исходят из минимума синхронных и асин хронных паразитных моментов и радиальных сил. Для расчета
принимается |
Z 2= 164. |
|
[58] |
|
17. Зубцовое деление якоря |
|
|||
|
t |
п ■ 1,2 = 2,3 |
-Ю-2 м. |
|
|
|
164 |
|
|
18. Ток в |
стержне |
обмотки |
якоря |
|
I2 = Atz2 = 2,12 ■104 -2,3 • 10~2= 625 А.
19. Плотность тока в медном стержне обмотки якоря [60]
/= ( 4 + 8 ) - 106 А/м2.
При этом большие значения соответствуют муфтам меньшей мощности. В расчете предварительно принято / пр = 5-106 А/м2.
20. Сечение стержня обмотки якоря
<7пр = / 2/Л Р = 625/(5 • 106)= 1,25 • IQ’ 4 м 2.
Выбирается стержень размером (5,1x25)-10 З м |
и сечением |
f Япр—1,2664-10“4 м 2 [60]. Уточняется плотность |
тока |
/= / 2/9пр= 625/(1,2664-10~4)= 4,94-106 А /м 2.
21.Определяются размеры прямоугольного паза якоря [61].
Обычно ширина |
|
паза |
6п2=(3,5-г-6)-10-3 м, |
его |
глубина |
||||||||
ЛП2= (25-т-45)- 10_3 м. Учитывая допуски |
и |
крепление |
стержня |
||||||||||
обмотки, |
принимаем |
6п2= (5,1+0,2)• 10-3 = 5,3 - 10_3 м; |
|||||||||||
Ап2= (25 + 2,8)• 10—3= 27,8• 10_3 м. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
22. |
Размеры зубца |
якоря |
[58]: |
|
|
|
|
|
|
||||
|
^22= ,z2—^„2 = 2,3 • 10-2 —5,3 • 10_3 = 1,77 • 10" 2 м; |
|
|||||||||||
|
t z 2 min = * ( D 7 2hn2) = K |
1,2 |
1о4 |
= 2,19- Ю~2 |
|
|
|||||||
|
|
ZJ-I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
bzimin= tz2 min |
Ьп 2 = 2,19" 10—2 |
5,3 10—3= 1,66-10 —2 м; |
|
||||||||||
|
. |
|
, . |
л ( 1,2—^ • 27,8• 10-3) |
|
10~2 м; |
|
||||||
‘:Г1‘-------- Т2 |
|
|
|
164 |
|
2,23 |
|
||||||
|
Ь-_т1=1:т ,-Ь п2= 2,23 • 10~2—5,3 • 10~3= 1,7 |
10" 2 м. |
|
||||||||||
23. |
Коэффициент |
воздушного |
зазора |
[58] |
|
|
|
||||||
|
_*г2+ 106_ 2,3• 10~2+ 10*8 -10-3 _ |
|
|
|
|||||||||
|
8_ 6г2+108~ 1,77 • 10~2+ 10- 8 • 10_3 ’ |
|
|
|
|||||||||
24. |
МДС |
воздушного |
зазора |
[60] |
|
|
|
|
|
||||
F „ = - A , 6B ,= — 4 — 7 1,054-8-10"3 |
1,05 = 1,41 104 А. |
|
|||||||||||
|
)1о |
|
4Я * 1U |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
25. |
Индукция |
в |
зубце |
на |
1/3 |
высоты |
[58] |
|
|
|
|||
|
|
В, |
= |
Bjlz2 |
1,05 -2,3 |
10’ 2 |
1,523 Тл, |
|
|
|
|||
|
|
- /1 |
*А-„ 0,93-1,7 10~2 |
|
|
|
|
|
|||||
где Кс = 0,93 — коэффициент |
заполнения |
пакета |
сталью |
при |
|||||||||
лакированных |
листах |
толщиной 5 - 10_ 4 м |
[61]. |
учитывать |
часть |
||||||||
26. |
Поскольку |
BZ lt< 1,8 Тл, |
можно |
не |
|||||||||
магнитного потока, проходящего через пазы якоря. В этом случае магнитная напряженность Hz-L на уровне 1/3 высоты зубца определяется по таблице или кривой намагничивания [60]. Принимая в качестве материала якоря листовую элек тротехническую сталь марки 1211, по значению Bz<u можно определить
Hz li =2790 А/м.
27. МДС зубцового слоя
Fz2= 2H:',Л 2= 2 • 2790 • 27,8 • 10" 3= 155 А.
28. Внутренний диаметр £>вт якоря при непосредственной насадке на вал [60]
D„ = DKJKd= 1,2 -0,25/0,77 = 0,39 м,
где .£„= 0,25; KD = D„/DB = Q,n — расчетные коэффициенты, за висящие от диаметра вала и соотношения между диаметром индуктора и внешним диаметром муфты.
29. |
Расчетная высота ярма якоря без аксиальных каналов |
|
охлаждения [60] |
|
|
Aa = (Z> —Z)BT)/2 —/jn2= (l,2—0,39)/2 —27,8 • 10 —3= 0,377 м. |
||
30. |
Индукция и напряженность в |
ярме якоря [58] |
|
Яа = Ф6/(Аа/£ с)= 4,46 • 10~ 2/(0,377 |
0,3 -0,93) = 0,423 Тл; |
|
На = 146 А/м. |
|
31. МДС намагничивания ярма якоря
^*а = Яа/а= 146 0,12= 17,6 А,
где длина средней линии индукции
|
n{D-2hnl-K ) |
л(1,2—2-27,8 • Ю~3—0,377)_Q у2 м |
|
° |
Z, |
20 |
’ |
32.Коэффициент рассеяния обычно равен а = 1,1 н-1,25 [58]. Для расчета принято а =1,25.
33.Глубина паза индуктора [58]
hn> b j 2; И„>\55.
Примем Ап = 205 = 20-8 • 10_3 = 0,16 м.
34. Максимальные, минимальные и средние значения маг нитной индукции и напряженности в полюсе:
D |
_ |
стФ8 |
1 ,2 5 - 4 ,4 6 - 10 " 2 |
= 1,55 Тл; |
||
* |
0_ |
0,12 0,3 |
||||
"птах |
|
/• |
|
|
||
|
|
|
Нптах= 3280 А/м; |
|
||
Bnmin |
Ф5 |
4,46 10" 2= 1,24 Тл; |
|
|||
b j |
0,12-0,3 |
|
|
|||
|
|
|
Ипт,„ = 946 А/м; |
|
|
|
|
|
|
|
г 55 _ Ь55 |
= 1.47 Тл; |
|
•^пср « п тах
Яп.ср = 2150 А/м.
35. Расчетная напряженность магнитного поля полюса [58]:
н |
Япта.т+4Яп.ср+Я пм,.п |
3280+4-2150 + 946_ 2Н0 д / м |
п |
6 |
6 |
36. МДС намагничивания полюса
Яп = 2ЯпЛп = 2-2140-0,16= 685 А.
37. Внешний диаметр индуктора
DBm= D J K B= 1,216/0,77= 1,58 м,
где £>„ = £>+28=1,2 + 2 - 8 - 10"3=1,216 м. |
|
||
Для |
уменьшения |
индукции ярма |
индуктора принято |
DDш= 1,69 м. |
индуктора |
|
|
38. |
Высота ярма |
|
|
Ля.и = (А,ш—А ,- 2А„)/2 = (1,69—1,216-2 |
0,16)/2 = 0,154 м. |
||
39. Магнитная индукция и напряженность поля в ярме индуктора
Дя.и = оФ«/(Ля.„/Яс) = 1,25 • 4,46 • КГ 2/0,154 • 0,3 • 0,93 = 1,3 Тл;
Яя.„=1140 А/м.
40.МДС намагничивания ярма индуктора
А.и = =1140-0,396=425 А, где длина средней линии индукции
/„=п (£>„„- h„_„)/Z1+ Ля.н = к (1,69-0,154)/20+0,154=0,396 м.
41. МДС намагничивания нерабочего зазора б2 в конст рукции индуктора получим, принимая 82= 2 10_ 4 м [58]:
F&2 = — b2Bnmax= 2 - 2 - 10- 4 - 1,55/(4я-10_7)= 494 А. Ро
42. Суммарная МДС на два полюса без учета реакции якоря
F= F&i + Fz2+ F„a + F„+ FKM+ FS2=
= 14 100+155 +17,6 +685+425+494» 15900 A.
Далее производится расчет параметров якорной обмотки, учитывается действие реакции якоря, рассчитывается обмотка возбуждения муфты, механическая характеристика и т. д. [58—61].
6.2. Э Л Е К Т Р О С Т А Т И Ч Е С К И Е М У Ф Т Ы
Электростатические муфты представляют собой конден саторы с подвижными обкладками. Одна из обкладок является ведущей, другая — ведомой. Промежуток между обкладками
266
заполнен полужидкой смесью твердой основы (окись магния, порошок ликоподия, гипс, желатин и др.) с жидкой компонен той (трансформаторное или кремнийорганическое масло, ке росин и др.). При приложении к обкладкам напряжения U между ними образуются цепочки из зерен твердой основы. При этом обкладки притягиваются друг к другу с усилием
_ и 2 (1C_ U2SE0£rx_ E 2£0£rx S= P XS, |
(6. 10) |
|
эс 1 _ ~2 */5 |
2сГ~ = 2 |
|
где C = e0erxS /с!— емкость муфты; S — площадь, перекрываемая обкладками; 5= d — расстояние между обкладками; Рх— усилие на единицу площади S; гГЛ.— относительная диэлектрическая проницаемость в смеси, зависящая от диэлектрической проница емости твердого и жидкого компонентов и их концентрации.
При d= const и движении ведущей обкладки между ней и ведомой обкладкой возникает тангенциальная составляющая усилия
|
|
Рэе = Vrx Рэе 1 = |
Цгл Рх S, |
(6.11) |
|
где |
|irx— коэффициент, зависящий |
от состава и концентрации |
|||
компонентов. |
|
|
|
|
|
|
Передаваемый муфтой момент при вращении плоских |
||||
обкладок вокруг перпендикулярной им |
оси |
|
|||
|
|
Мэс = Рэсг, |
|
(6.12) |
|
где |
г— расстояние |
от оси вращения |
до точки |
приложения |
|
равнодействующей |
силы. |
|
|
|
|
|
Электростатические муфты применяются чаще всего в ре |
||||
жиме тормоза [78]. |
|
|
|
||
|
6.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ФРИКЦИОННЫЕ |
МУФТЫ |
|||
|
В электромагнитных муфтах используются силы электромаг |
||||
нитного притяжения элементов магнитной цепи. В электромаг нитных муфтах сухого трения (фрикционных) рабочие повер хности притягиваются друг к другу с силой, создаваемой электромагнитом. Такие муфты содержат ведущую и ведомую части, контактирующие по поверхностям трения, обмотку возбуждения и магнитопровод.
Простейшая конструкция фрикционной муфты показана на рис. 6.4. При отсутствии напряжения на обмотке возбуждения 1 подвижная ведомая часть 2 муфты отодвинута от ведущей —
корпуса |
3. |
Поверхности трения |
дисков |
4 |
подвижной |
части |
||
и |
корпуса при этом не соприкасаются и входной |
и выходной |
||||||
6 |
валы |
не связаны. В таком положении |
подвижная |
часть |
||||
фиксируется |
под воздействием |
пружины |
7 |
При |
подаче на |
|||
Рис. 6.4. П р о сте й ш ая конструкц ия |
ф ри кц и он н ой |
м уф ты : |
1 обмотка возбуждения; 2 —ведомая |
и 3 —ведущая |
части; 4 —диски трения ведущей |
и ведомой частей, 5 — входной; 6 — выходной валы; 7— пружина; 8 —контактные кольца; 9 —упор для пружины
обмотку возбуждения напряжения Uy создается магнитный поток Ф, замыкающийся по корпусу и подвижной части. Создаваемое этим потоком электромагнитное усилие Рэм пре
одолевает |
усилие пружины и притягивает подвижную часть |
к корпусу. |
Поверхности дисков прижимаются друг к другу |
и с помощью сил трения между ними вращение ведущей части передается ведомой и выходному валу.
Сила трения между элементарными кольцами шириной dR
дисков трения (рис. 6.5) |
|
dPTр = Krp РуаdS = Ктр Pya2nRdR, |
(6.13) |
где Ктр — коэффициент трения; Руа— давление на поверхность трения; R —текущее значение радиуса диска.
Элементарный момент трения
dMrp = RdPTp. |
(6.14) |
Результирующий момент, развиваемый муфтой на выходном валу, с .учетом (6.13) и (6.14)
Л/Тр= j |
dMтр = ^ пКгрРул(RВ3Ш- |
ЛВ3Т)= |
я.т |
3 |
|
= ^71*тр/>удЛ в3ш(1 _ Р 3), |
(6.15) |
|
где р = /?вт/Лвш.
268
Магнитная индукция, создаваемая полем обмотки возбуж дения, определяется из равенства сил трения Ртр и электромаг нитной Рэм:
|
|
|
|
|
PmS = 4 B s2SnM 10s, |
|
(6.16) |
|
где |
Въ |
магнитная |
индукция в рабочем |
воздушном |
зазоре, |
|||
Тл; |
SJM— площадь |
полюса (площадь |
в |
немагнитном |
зазоре, |
|||
через |
которую проходит магнитный |
поток), м2; S — рабочая |
||||||
поверхность |
дисков |
трения, м2. |
|
|
|
|||
|
В |
общем |
случае |
|
|
|
|
|
Из |
(6.16) |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
Bs= J P ytlS/(4S.JM 105). |
(6.17) |
||
При колебаниях питающего напряжения изменяются значе |
||||||||
ния |
Р.ш |
и Р у д . |
|
|
|
|
||
Фрикционные муфты весьма разнообразны и в зависимости от направления вращения выходного вала могут быть ревер сивными или нереверсивными. В системах автоматического регулирования обмотка возбуждения муфты коммутируется импульсным прерывателем или управляемым выпрямителем. Муфта периодически включается и отключается. Изменяя соотношение длительностей включенного и отключенного со стояний, регулируют скорость со2 выходного вала муфты. Преимущество такого способа в меньшей относительной загруз ке двигателя и простоте аппаратуры управления. Недостаток — быстрый износ дисков трения. В следящих системах реверс достигается двумя муфтами, вращаемыми одним двигателем в противоположных направлениях. Муфгы имеют общий якорь с диском трения, который притягивается к ведущей части той или иной муфты, благодаря чему изменяется направление вращения выходного вала.
Наиболее совершенные диски трения изготовляются из металлокерамики. Металлокерамические материалы имеют вы
сокое значение |
Ктр и высокую рабочую температуру (до |
200° С). Кроме |
металлокерамики используются сталь, чугун, |
бронза. Применяются сочетания дисков из разных материалов. Для выпускаемых муфт р= 0,3 -^0,8. Давление Руд определяется износостойкостью поверхностей трения. Для металлокерамичес
ких |
материалов |
Рп = 0,8н-1 МПа; |
для |
сталей |
Руд = 0,4н-0,6 МПа. |
подразделяются на |
статические |
и дина |
|
|
Параметры муфт |
|||
мические. К статическим относятся: максимальный момент МтаХУ передаваемый муфтой, мощность управления Ру муфты, коэффициент управления, определяемый по (6.9), и максималь ная частота вращения осушалЭти параметры определяются конструктивными данными муфты и могут быть найдены
|
|
* |
3 |
|
|
|
|
Рис. 6 .6 . Многодисковая |
фрикционная |
муфта: |
|
1 — магнитонровод; |
2 — обмотка возбуждения; 3 — направляющая; 4 — диск трения; 5 — |
||
якорь; 6 - - ведущая |
часть; |
7— ведомый и |
8 — ведущий вал |
расчетом или экспериментально. В ряде случаев большой передаваемый момент вызывает резкое увеличение габаритов муфты с одной поверхностью трения. В этом случае применя ются многодисковые конструкции муфт (рис. 6.6).
Динамические параметры определяются временем включе ния tBKn и временем отключения /откл. Под временем включения подразумевается промежуток времени между моментом включе ния напряжения управления и достижением вращающим момен том 90% установившегося значения. С увеличением габаритов муфты tBKJl растет. Оно увеличивается также с ростом посто янной времени электромагнита, хода якоря и числа дисков.
Обычно |
(вкл= 0,07 -г- 0,3 с. |
Под |
временем /откл подразумевается промежуток време |
ни от |
момента отключения напряжения управления до спа |
да Мтр до 0,1% номинального значения. Это время увеличива ется с ростом габаритов, магнитного потока и составляет 0,1—0,4 с.