asyan.org
добавить свой файл
1
РОЗДІЛ 3. ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ МУФТИ

Муфта - пристрій, що служить для зчеплення двох валів, тобто для передачі обертального моменту з одного вала (ведучого) на іншій (відомий). Ведучий вал обертається приводним двигуном, а відомий вал зв'язаний з навантаженням. Муфта називається електромеханічною, якщо для передачі механічного моменту використовуються електричні явища. Керування муфтою здійснюється при цьому за допомогою електричного сигналу, отже, вона являє собою перетворювач електричного сигналу в механічний обертаючий момент. Так як потужність, що розвивається на відомому валу, набагато більше потужності керуючого сигналу, електромеханічна муфта здійснює також і посилення потужності сигналу. Двигун, що обертає ведучий вал, в енергетичному відношенні грає ту ж роль, що і джерело живлення в звичайному електричному підсилювачі. В обох випадках вхідний електричний сигнал керує потоком потужності від цього джерела. Електромеханічні муфти знайшли своє застосування в ряді систем сільськогосподарської автоматики і як регульовані електроприводи сільськогосподарських машин.

Муфти бувають релейної дії, що здійснюють тверде зчеплення валів при подачі сигналу, і безупинної дії, що здійснюють гнучке зчеплення, коли швидкість відомого вала залежить від величини вхідного сигналу і ця залежність може бути надана плавною статичною характеристикою "швидкість відомого вала - вхідний сигнал". Для автоматичних систем основний інтерес представляють муфти гнучкого зчеплення.

Електромеханічні муфти застосовуються як виконавчі елементи. Вони замінюють виконавчий двигун з керованою швидкістю обертання, дозволяючи застосовувати в якості приводних двигунів нерегульовані електричні та неелектричні двигуни. Така заміна, як правило, спрощує схему і конструкцію автоматичної системи в цілому, підвищує її надійність.

Однак основна перевага електромеханічних муфт перед звичайним керованим електродвигуном у їхній більшій швидкодії. Це пояснюється тим, що момент інерції обертових частин муфти, зв'язаних з відомим валом, можна зробити значно менше моменту інерції приводного двигуна, що визначає швидкодію системи керування швидкістю навантаження при впливі на двигун, а не на муфту.

Електромеханічні муфти застосовуються в діапазоні потужності від декількох ватів (наприклад, у малопотужних слідкуючих системах приладового типу) до десятків тисяч кіловат (в електроприводах прокатних станів, металорізальних верстатів, у приводах гребних гвинтів на судах).

Виконавчі механізми з електромеханічними муфтами відрізняються від електродвигунних ВМ більш простою конструкцією, низькою вартістю, високою надійністю і довговічністю і меншою економічністю при великому діапазоні регулювання швидкості обертання.

Їх застосування виявляється найчастіше доцільним у тих механізмах, де вартість витраченої енергії складає невелику частку собівартості продукції. У цих випадках підвищення надійності, а, отже, зменшення простоїв і браку, як правило, окупає збільшення витрати енергії, а низька собівартість цих ВМ приводить до мінімуму розрахункових витрат. Крім того, раціональною областю їх застосування є механізми з вентиляторним моментом навантаження, пропорційним квадрату швидкості обертання.

За принципом дії електромеханічні муфти поділяються на два основних типи: електромеханічні муфти тертя (ЕМТ) і електромеханічні муфти ковзання (ЕМК). Вони в більшості випадків виконують дві основні функції:

1 - з'єднання і роз'єднання приводного двигуна з робочим механізмом;

2 - регулювання швидкості обертання робочого механізму незалежно від швидкості обертання приводного двигуна (як правило, при її постійній величині).

3.1 ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ МУФТИ ТЕРТЯ

У муфтах тертя обертовий момент на відомому валу створюється за рахунок сили тертя. Електромеханічні муфти тертя у свою чергу підрозділяються на муфти сухого тертя і феропорошкові (магнітоемульсійні) муфти тертя.

Електромеханічні муфти сухого тертя

Принцип дії муфти сухого тертя ілюструється рис.3.1,а. Муфта складається з двох половин 1 і 2 (напівмуфт), на яких укріплені диски тертя із фрикційного матеріалу. Одна напівмуфта може переміщатися уздовж свого вала на шпонці, інша з'єднана зі своїм валом жорстко. Якщо притиснути обидві половини муфти одна до одної, то нерухомий до цього відомий вал стане обертатися разом з ведучим, тобто відбудеться зчеплення валів за рахунок сили тертя, що перешкоджає прослизанню дисків тертя один відносно одного.

Рис.3.1 П

ринцип дії муфт сухого тертя: а – нереверсивної, b – реверсивної

На рис.3.1,b показаний принцип дії реверсивної муфти тертя, яка дозволяє змінювати напрямок обертання відомого вала. Вона являє собою комбінацію двох простих нереверсивних муфт: відомий диск 1 знаходиться між двох ведучих дисків 2 і 3, що обертаються в різні сторони. Напрямок обертання відомого диска можна змінювати, притискаючи його то до одного, то до другого ведучого диска. Ведучі диски приводяться в обертання чи двома окремими двигунами, чи одним загальним. В останньому випадку один з дисків з'єднується з двигуном через зубчасту передачу, що змінює напрямок його обертання в порівнянні з іншим диском.

Якщо необхідно швидко гальмувати, то відомий вал муфти тертя комбінують з гальмом. Така комбінована муфта виглядає як реверсивна (рис.3.1,b), тільки другий ведучий диск у цьому випадку заміняється нерухомим диском, жорстко укріпленим на основі муфти. Гальмування відомого диска здійснюється шляхом притиснення його до цього нерухомого диска.

Притиснення частин муфти одна до одної може здійснюватися, наприклад, за допомогою гідравлічного чи пневматичного сервомотора. Тоді ми маємо відповідно гідравлічну чи пневматичну муфту тертя з гідравлічним чи пневматичним керуванням. Якщо ж частини муфти стискуються за допомогою якого-небудь електромеханічного перетворювача, то виходить електромеханічна муфта тертя.

Основне поширення одержали електромеханічні муфти тертя з електромагнітним керуванням, де для зчеплення обох половин муфти застосовується електромагніт. Найбільш швидкодіючі електромеханічні муфти тертя виконуються з магнітоелектричним керуванням. У цьому випадку замість електромагніта застосовується магнітоелектричний перетворювач електричного сигналу в переміщення і силу.

На рис.3.2,а показаний фрагмент найпростішої нереверсивної муфти тертя з електромагнітним керуванням. Вона являє собою електромагніт, що складається з якоря 1 і магнітопроводу 2 з обмоткою 3. Підведення струму в обмотку здійснюється за допомогою двох контактних кілець із щітками.

Р

ис.3.2 Муфта тертя з електромагнітним керуванням: а – однодискова, b – багатодискова; 1 – якір, 2 – магнітопровід, 3 – обмотка, 4 – диски тертя, 5 – контактне кільце

На магнітопроводі і якорі укріплені диски тертя 4. Якір може переміщатися уздовж одного вала на шпонці. Магнітопровід укріплений на іншому валу жорстко. Якір відтягується від магнітопроводу поворотною пружиною (вона на рисунку не показана). Тому при відсутності струму в обмотці відомий вал нерухомий. При подачі вхідного сигналу на обмотку якір притягується до магнітопроводу і відбувається зчеплення валів.

Муфти тертя з електромагнітним керуванням бувають однодисковими (рис.3.2,а) і багатодисковими (рис.3.2,b). Багатодисковими роблять потужні муфти для зменшення їхніх габаритів.

На рис.3.3 показаний варіант муфти тертя з електромагнітним керуванням і нерухомою обмоткою. Такі муфти не тільки вільні від ковзних контактів для підведення струму в обмотку, але і мають велику швидкодію (мають меншу постійну часу обмотки). Але вони відрізняються підвищеними розмірами обмотки через збільшений повітряний зазор.





Рис.3.3 Муфта тертя з електромагнітним керуванням і нерухомою котушкою: 1 – обмотка, 2 – магнітопровід, 3 і 4 – напівмуфти, 5 – диски тертя

В електромагнітних муфтах тертя застосовують, як правило, електромагніти постійного струму, оскільки вони мають відомі переваги перед електромагнітами змінного струму. При наявності сигналу змінного струму в електромагніти постійного струму вбудовують випрямляч.

Розрахунок муфти тертя з електромагнітним керуванням складається з розрахунку поверхонь тертя і розрахунку електромагніта. Вихідними даними є величина обертаючого моменту, що повинний передаватися муфтою, і габарити муфти. Розглянемо порядок розрахунку муфти на прикладі дискової муфти.

Переданий муфтою обертаючий момент

,

де m - число поверхонь тертя, обумовлене числом дисків тертя; Кр = (R1 / R2) * Ктер – розрахункове відношення; Ктер - коефіцієнт тертя, що залежить від матеріалу дисків і стану їхніх поверхонь; R1 і R2 - внутрішній і зовнішній радіуси дисків тертя; р - тиск, з яким диски притискаються електромагнітом.

Задавшись зовнішнім радіусом дисків тертя R2, можна знайти число поверхонь тертя m, необхідне для передачі заданого обертаючого моменту M, чи задавши m, можемо знайти R2.

Тягове зусилля від електромагніта, визначається як

.

Далі проводиться розрахунок електромагніта. Для зменшення розмірів обмотки, обмежених припустимим її нагріванням, у потужних муфтах роблять рідинне охолодження. Менш потужні просто постачають ребрами, що підвищують охолодження.

Орієнтовані значення вхідних у формули величин:

коефіцієнт тертя Ктер для тертьових тіл зі сталі, чавуна, бронзи приблизно дорівнює 0,1 - 0,2; для спеціальних фрикційних матеріалів типу ферродо його значення беруть рівним 0,4 - 0,8; відношення Кр беруть рівним 0,3-0,6; величина тиску p=23 кг/см.

Розглянемо динаміку роботи електромеханічної муфти тертя. Перехідний процес від моменту подачі напруги на обмотку муфти, коли відомий вал нерухомий, до встановлення постійної швидкості обертання відомого вала складається з наступних трьох етапів. Перший етап - від подачі вхідної напруги до моменту зіткнення поверхонь тертя - являє собою етап спрацьовування електромагніта. Його тривалість дорівнює часу спрацьовування електромагніта. При необхідності його зменшення застосовують звичайні способи зміни тимчасових параметрів електромагнітів.

Другий етап закінчується повним зчепленням поверхонь тертя. Це етап, на протязі якого припиняється ковзання відомого вала щодо ведучого. Однак перехідний період цим не закінчується, тому що в результаті зчеплення напівмуфт, до двигуна, що обертає ведучий вал і працював раніше вхолосту, виявляється прикладене навантаження відомого вала. Тому після другого етапу настає третій етап, що являє собою перехідний процес для приводного двигуна, викликаний накидом навантаження.

Повний час спрацьовування муфти з електромагнітним керуванням, рівний сумі часів усіх трьох етапів перехідного процесу вимірюється сотими і десятими частками секунди.

Розглянуті муфти тертя застосовуються, головним чином, для твердого з'єднання валів. Однак і з їхньою допомогою можна здійснити плавну зміну сталого значення швидкості відомого вала шляхом імпульсного керування муфтою. У цьому випадку вхідний сигнал являє собою імпульси напруги, котрі рухаються з постійною частотою. За час імпульсу муфта спрацьовує і відомий вал починає розганятися; за час паузи між імпульсами відбувається відпускання муфти і гальмування вала. При цьому швидкість відомого вала коливається відносно деякого середнього значення з частотою проходження керуючих імпульсів.

Величиною цього середнього значення можна керувати, змінюючи скважність вихідних імпульсів.

Феропорошкові муфти тертя

Основне призначення цих муфт - гнучке зчеплення валів, хоча вони застосовуються і для твердого зчеплення. Принципово феропорошкова муфта тертя відрізняється від розглянутої вище муфти сухого тертя з електромагнітним керуванням тим, що повітряний зазор між напівмуфтами заповнений феромагнітним наповнювачем. Відома напівмуфта при цьому жорстко з'єднана зі своїм валом, як і ведуча напівмуфта. Таким чином, зазор між напівмуфтами не змінюється. Феромагнітний наповнювач являє собою механічну суміш феромагнітного (звичайно залізного) порошку з рідким чи твердим діелектриком. У якості рідкого діелектрика використовують найчастіше різні мастила, у якості твердого діелектрика - графітовий порошок чи тальк.

Якщо помістити такий феромагнітний наповнювач у магнітне поле, то окремі феромагнітні часточки починають зміщатися, притягаючись один до одного й утворюючи цілі ланцюжки, орієнтовані уздовж поля. У результаті зі збільшенням магнітного поля рідкий наповнювач густіє, переходячи спершу в драглистий стан, а потім і зовсім затвердіває. Аналогічно і твердий наповнювач перетворюється зрештою з легко сипучого порошку у тверде тіло, спаяне силами магнітного поля.

Ця властивість феромагнітного наповнювача затвердівати у магнітному полі і використана у феропорошкових муфтах тертя. При відсутності сигналу на обмотці електромагніта з ведучого вала на відомий вал передається незначний момент за рахунок початкової невеликої в'язкості феромагнітного наповнювача. При пропущенні по обмотці електромагніта струму магнітний потік, що створюється в зазорі між напівмуфтами, приводить до збільшення в'язкості наповнювача. У результаті момент, переданий на відомий вал, збільшується. В міру росту струму в обмотці зростає й обертаючий момент на відомому валу, причому доти, поки він не досягне величини повного моменту, що розвивається ведучим валом, що відбувається при твердому зчепленні обох напівмуфт затверділим наповнювачем.

Обертаючий момент на відомому валу визначається, таким чином, струмом в обмотці електромагніта і практично не залежить від швидкості обертання відомого вала. На рис.3.4,а показана типова форма статичної характеристики феропорошкової муфти тертя "обертаючий момент на виході - вхідний сигнал". На рис. 3.4,b показаний ескіз феропорошкової муфти тертя циліндричного типу. Виконуються такі муфти і дискового типа, як розглянута вище муфта сухого тертя.

Конструктивно феропорошкові муфти тертя значно складніше муфт сухого тертя. Основні складності полягають у необхідності створити надійні ущільнення, що не допускають влучення порошку в підшипники (див.рис.3.4,b), і запобігти виділенню феромагнітного порошку з наповнювача під дією відцентрової сили при обертанні муфти і внаслідок його осідання, коли муфта стоїть.





Рис.3.4 Феропорошкова муфта тертя: а – статична характеристика муфти; b – ескіз муфти циліндричного типу ( 1 – ведучий вал, 2 – ущільнення, 3 – фланець з немагнітного матеріалу, 4 – деталі з феромагнітного матеріалу, 5 – відомий вал, 6 – обмотка)

Зупинимося на динаміці феропорошкових муфт. Через те, що тут немає рухливого якоря (зрозуміло, мова йде про поступальний рух), як у муфтах сухого тертя, феропорошкові муфти відрізняються великою швидкодією. Можна вважати, що обертаючий момент на відомому валу в перехідний період не відстає в часі від магнітного потоку в зазорі. Тому інерційністю процесу зміни в'язкості наповнювача можна зневажити. Миттєве значення магнітного поля, у свою чергу, визначається струмом в обмотці, тобто характеристика М = f(I), приведена на рис.3.4,а, справедлива й у перехідний період. Рівняння передатної функції феропорошкової муфти тертя, що зв'язує величину моменту на відомому валу з напругою на обмотці, має вигляд:

,

де Ке = U / R – електромагнітний передатний коефіцієнт муфти; U – напруга на обмотці муфти; R – опір обмотки муфти; Kм = M / I – електромеханічний передатний коефіцієнт муфти, що визначається за статистичною характеристикою, приведеною на рис.3-4,а; Те = L / R – електромагнітна постійна часу муфти; L – індуктивність обмотки муфти; - електромеханічна постійна часу муфти; J – момент інерції муфти; Мн – номінальний обертаючий момент муфти; - кутова частота обертання ведучого вала муфти; - номінальне ковзання муфти.

Рівняння передатної функції феропорошкової муфти тертя в загальному випадку є нелінійним. Нелінійність визначається зміною значень передатних коефіцієнтів і постійних часу муфти в залежності від робочої точки. По-перше, якщо врахувати насичення магнітопроводу, то при цьому електромагнітна постійна часу ланцюга буде зменшуватися з ростом сигналу через зменшення індуктивності обмотки L. По-друге, через наявність моменту опору навантаження Мс змінюються значення електромеханічного передатного коефіцієнта і електромеханічної постійної часу Тм. Причому залежність може бути сама нелінійною функцією, що також приводить до нелінійності передатної функції муфти.

Якщо обмежитися невеликими відхиленнями вхідного сигналу U від його сталого значення, що відповідає деякій вихідній сталій швидкості обертання системи муфта-робоча машина, то передатну функцію муфти можна лінеаризувати. У результаті одержимо в точці сталого режиму, щодо якого взяті відхилення змінних, рівняння передатної функції феропорошкової муфти тертя у виді аперіодичної ланки другого порядку. Значення коефіцієнтів цієї ланки є змінними величинами і їх визначають по статичній характеристиці муфти для кожної з її робочих точок окремо.

3.2 ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНІ МУФТИ КОВЗАННЯ

Найбільше застосування в промисловості й у сільському господарстві знайшли ВМ з ЕМК і автоматичним регулятором швидкості, що забезпечує її жорсткі механічні характеристики.

ЕМК у більшості ВМ виконують дві основні функції :

1 - з'єднання і роз'єднання приводного двигуна з робочим механізмом;

2 - регулювання швидкості обертання робочого механізму незалежно від швидкості обертання двигуна.

ВМ з ЕМК у порівнянні з ЕМТ мають наступні переваги:

- можливість безступінчастого регулювання швидкості обертання робочого механізму при постійній швидкості обертання двигуна;

- підвищену надійність і довговічність, зв'язану з відсутністю тертьових фрикційних елементів;

- запобігання двигуна і робочого механізму від перевантажень і поломок, обумовлене обмеженістю величини гранично передатного моменту;

- згладжування (демпфірування) ударів і коливань навантаження, що підвищує термін служби робочого механізму, механічних передач і двигуна.

До недоліків ВМ з ЕМК відносяться:

- менша економічність, обумовлена наявністю втрат ковзання не тільки під час перехідних процесів, але й у сталих робочих режимах;

- менша швидкодія, зв'язана в більшості випадків з підвищеними значеннями електромеханічної й електромагнітної постійних часу;

- менші значення питомих обертаючих моментів, що приходяться на одиницю об'єму чи ваги муфти.

Приводи з ЕМК по своїх конструктивних схемах і пристрою механічної частини відрізняються великою різноманітністю. Конструктивна схема привода в ряді випадків визначає величину мінімального повітряного зазору, що може вплинути на електромагнітні параметри муфти ковзання.

Як правило, ЕМК застосовувані для гнучкого зчеплення валів і плавного регулювання швидкості обертання вихідного вала, складаються з двох частин: індуктора і якоря. На рис. 3.5 показаний варіант такої ЕМК. Індуктор являє собою електромагніт постійного струму, магнітний потік якого замикається через якір. Нехай, наприклад, індуктор з'єднаний з ведучим валом, а якір з відомим валом (може бути і навпаки). При обертанні індуктора його магнітне поле буде обертатися відносно якоря. У якорі при цьому наводяться струми, котрі, взаємодіючи з полем індуктора, створюють обертаючий момент, що захоплює якір у рух слідом за індуктором.





Рис. 3.5 Електромеханічна муфта ковзання: 1 – якір; 2 – індуктор; 3 – контактні кільця; 4 – обмотка індуктора; 5 – полюса індуктора

Таким чином, ця муфта має індукційне керування. Принцип дії її такий, як і асинхронного двигуна, тільки обертове магнітне поле створюється тут не змінним багатофазним струмом, а обертанням полюсів електромагніта постійного струму.

На відміну від звичайних асинхронних машин, у муфті, зображеної на рис.3.5, якір - зовнішній, а індуктор знаходиться усередині нього. Однак робляться муфти і з внутрішнім якорем. У муфтах ковзання, як і в асинхронних двигунах, якір виконується у виді короткозамкненої обмотки - “біляче колесо”, суцільного масивного ротора, а у швидкодіючих малопотужних муфтах у виді порожнього ротора - склянки.





Рис. 3.6 Статичні характеристики ЕМК

На рис.3.6 показані типові статичні характеристики муфти ковзання: залежність швидкості відомого вала від моменту на ньому при різних значеннях струму в обмотці індуктора. Якщо відома залежність моменту опору навантаження від швидкості її обертання Mс = f(ω) (пунктир на рис.3.6), то, коли ми нанесемо таку залежність у тій же системі координат, по точках перетинання характеристик муфти і навантаження можна побудувати результуючу статичну залежність швидкості обертання навантаження від струму в обмотці індуктора ω = f(I) чи напруги на ній.

ЕМК дозволяють регулювати швидкість навантаження в діапазоні приблизно 1:10. Такі муфти виконуються на потужності від десятків ват до тисяч кіловатів. Як і муфти тертя, вони можуть бути зроблені реверсивними.

Крім того, застосовуються комбіновані муфти, де об'єднані муфта ковзання з муфтою тертя, остання служить для твердого з'єднання валів після розгону навантаження, здійснюваного за допомогою муфти ковзання.

Динаміка муфти ковзання описується такими ж рівняннями, що і феропорошкової муфти тертя.

Серійно випускали комплектні привода серії ПМС, які складаються з електродвигуна, муфти ковзання індукторного типу й автоматичного регулятора швидкості. Вони мають шість типорозмірів на обертаючі моменти від 1,7 до 30 Нм, можуть використовуватися в різних виробничих механізмах з постійним і вентиляторним моментами навантаження. Технічні дані цих приводів приведені в таблиці 3.1.

Згодом привода з ЕМК серії ПМС були замінені на більш досконалі в конструктивному плані привода серії ПМС - М, що мають в основному аналогічні технічні характеристики.

ЕМК серії ІМС також мають шість типорозмірів на моменти від 70 до 1600 Нм і призначені для використання як силовий електропривод, вони застосовуються в основному для механізмів з вентиляторним навантаженням. Особливістю їхньої конструкції є відкрите виконання, що вимагає при монтажі застосування захисних огороджень, а також вони поставляються без приводного електродвигуна. У сільськогосподарській автоматиці привода цієї серії ІМС практично не використовуються.

Технічні дані приводів серії ПМС Таблиця 3.1

Показники

ПМС -0,17

ПМС -0,4

ПМС - 0,6

ПМС - 1

ПМС - 2

ПМС - 3

Номінальний момент, Нм

1,7

4

6

10

20

30

Діапазон регулювання швидкості, об/хв.

200 – 1100

200 – 1200

200 – 1300

250 – 1300

250 – 1300

270 – 1350

Число витків обмотки

800

770

880

846

880

900

Діаметр проводу, мм

0,51

0,64

0,69

0,86

1,0

1,1

Опір обмотки, Ом

20

15

19

13

12

10

Номінальний струм збудження, А

1,2

1,5

1,7

2,0

2,0

2,2

Потужність електродвигуна, кВт

0,27

0,6

1,0

1,7

2,8

4,5

Номінальна швидкість обертання електродвигуна, об/хв.

1460

1410

1410

1440

1440

1455

Вага привода, кг

20

45

54

120

145

300

3.3 ВИКОРИСТАННЯ ЕЛЕКТРОМеханічнИХ МУФТ КОВЗАННЯ

ЕМК широко використовуються в якості виконавчих елементів як у пристроях з регульованим електроприводом, так і в системах автоматичного керування. Вони застосовуються для плавної зміни швидкості обертання, забезпечують безударний пуск робочих механізмів з великими маховими масами, використовуються для обмеження і регулювання обертаючого моменту й в інших випадках.

Плавне регулювання швидкості обертання

З розгляду принципу дії ЕМК видно, що зміна її швидкості обертання можлива за рахунок відповідної зміни струму збудження муфти. У зв'язку з м'якими природними характеристиками приходиться застосовувати замкнуту систему автоматичного регулювання швидкості обертання. При цьому за рахунок автоматичної зміни струму збудження, що компенсує відхилення швидкості обертання від заданої, можуть бути забезпечені тверді механічні характеристики ЕМК. Виготовляються комплектні електроприводи з використанням ЕМК, що складаються з асинхронного двигуна, ЕМК і автоматичного регулятора. Зупинимося на енергетичних показниках такого електропривода.

Потужність витрат на ковзання витрачається на нагрівання активної поверхні якоря. При збільшенні ковзання збільшується е.р.с., що наводиться в якорі, що викликає збільшення вихрьових струмів. У результаті джоулеві втрати зростають, викликаючи нагрів якоря.

Потужність витрат ЕМК підраховується по формулі

, кВт

де M - переданий момент, кгм; nд - швидкість обертання електродвигуна, об/хв; s – ковзання ЕМК ; nм - швидкість обертання відомої частини муфти.

Коефіцієнт корисної дії муфти (без обліку вентиляційних втрат і втрат на збудження) дорівнює

,

де д - к.к.д. електродвигуна.

Отриманий вираз показує, що к.к.д. муфти тим нижче, чим більше її ковзання.

Коефіцієнт потужності привода з ЕМК залежить не від швидкості обертання, а від переданого моменту. Також як у асинхронного короткозамкненого двигуна при повному завантаженні муфти по моменту її максимальний і дорівнює номінальному значенню електродвигуна. Енергетичні параметри привода з ЕРС при різних режимах показані на рис.3.7. Останній режим роботи (рис.3.7,в) відповідає вентиляторному навантаженню. Абсолютні втрати при цьому не перевищують 17 % максимальної потужності, переданої муфтою. Для цього режиму випускаються муфти як малої, так і великої потужності. Для роботи при постійному моменті в зв'язку з великими втратами на ковзання потужність, передана муфтою, не повинна перевищувати 3-4 кВт. Збільшення граничної потужності припустимо тільки для випадків повторно-короткочасного режиму роботи чи режиму, коли основний час роботи відбувається при малих значеннях ковзання.

Р

ис. 3.7 Енергетичні параметри ЕМК у різних режимах роботи: а – М = const; б – Р = const; в – ; 1 – споживана потужність; 2 – втрати в муфті; 3 – корисна потужність на відомому валу; 4 – к.к.д. муфти.

Регулювання обертаючого моменту

З цим питанням приходиться зіштовхуватися при експлуатації привода намотування різних матеріалів (дроту, стрічки, папера, текстильних виробів, кабелів, металевої стрічки та ін.). В міру збільшення діаметра намотування необхідно зберегти постійним зусилля натягу. З цією метою швидкість обертання поступово варто зменшувати. При невеликій кратності діаметрів намотувального барабана регулювання моменту ЕМК роблять без спеціального регулятора струму збудження; при кратності діаметрів більш 4:1 - ЕМК забезпечується автоматичним регулятором струму збудження у функції зусилля натягу.

ЕМК, установлена між приводним двигуном і робочим механізмом з великими маховими масами, забезпечує безударний, плавний пуск привода. Це досягається за допомогою уповільненого збільшення струму збудження ЕМК. Таким методом можна досягти необхідного часу пуску. При різному характері зміни струму збудження муфти під час пуску можна одержувати різні пускові діаграми.

Обмеження обертаючого моменту

Встановлюючи заздалегідь необхідне значення струму збудження муфти, можна здійснити обмеження обертаючого моменту. При моменті навантаження більш припустимого швидкість обертання починає різко знижуватися і нарешті стає рівною нулю. Для цієї мети найбільш зручні муфти, що мають на якорі гільзу з матеріалу з високою електричною провідністю, чи муфти з короткозамкненою обмоткою на якорі.

Можна також обмежувати момент шляхом зниження струму збудження при досягненні гранично припустимого перевантаження по моменту.

ЕМК у слідкуючих системах малої потужності

Для роботи у слідкуючих системах муфта повинна мати максимальну швидкодію. З цією метою якір муфти виконується у виді тонкостінної гільзи з немагнітного матеріалу (алюміній і ін.), що дає мінімальний маховий момент. Для одержання реверса виконавчий механізм містить дві муфти, що обертаються в протилежні сторони. У залежності від потреби включається збудження однієї чи іншої муфти.

ЕМК у якості гальма - для одержання гальмових властивостей досить закріпити нерухомо одну з частин муфти. Друга частина (звичайно якір) зв'язується з валом, який треба гальмувати. У момент гальмування вмикається струм збудження. Так як ковзання при цьому максимально, гальмовий момент досягає двох - трикратного номінального моменту муфти. Варто враховувати, що в міру зниження швидкості гальмовий момент знижується і до кінця його стає рівним нулю (тому що ковзання також дорівнює нулю).

При використанні ЕМК в якості варіатора швидкості обертання можливі два способи регулювання струму збудження: ручний і автоматичний. Ручний спосіб застосовується рідко через нестійкість характеристик муфт і залежності їх від навантаження, коливання мережевої напруги, нагрівання і частоти.

Широке застосування знаходять автоматичні системи регулювання вихідної швидкості ЕМК. Такі системи забезпечують три основних режими регулювання: n=const, М=const, P=const, структурні схеми яких приведені на рис.3.8.





Рис. 3.8 Функціональні схеми систем автоматичного регулювання швидкості обертання приводів з ЕМК: а – при n=const; б – при М=const; в – при P=const; 1 – електродвигун; 2 – муфта; 3 – датчик швидкості обертання відомого вала; 4 – підсилювач; 5 – пульт керування; 6 – датчик потужності, споживаної електродвигуном

На рис. 3.8,а приведена схема, що забезпечує автоматичне регулювання в режимі n=const. Схема складається з двигуна 1, муфти 2, датчика швидкості обертання 3, підсилювача 4 і пульта керування з пристроєм 5, що забезпечує настроювання привода на задану швидкість обертання. На вхід підсилювача подається сигнал, рівний різниці сигналів фактичної і заданої швидкості обертання. Вихідна напруга підсилювача подається на котушку збудження муфти. Зміна швидкості обертання автоматично викликає таку зміну напруги збудження, при якій швидкість прагне до свого первісного значення. У результаті має місце автоматична стабілізація швидкості обертання незалежно від зміни навантаження, температури і коливань напруги мережі.

Описана система є безупинною системою регулювання. З метою спрощення і збільшення надійності системи при порівняно невеликих діапазонах регулювання застосовується імпульсна система регулювання. Така система застосовується в приводах серії ПМС.

На рис. 3.8,б приведена схема регулювання, що забезпечує режим М=const. З цією метою між двигуном 1 і підсилювачем 4 використовується зворотний зв'язок 6 по потужності, споживаної двигуном. Сигнал зворотнього зв'язку порівнюється із задаючим сигналом. Їхня різниця подається на вхід підсилювача. Подальший хід регулювання аналогічний вище описаному. Дотримання умови М=const забезпечується шляхом автоматичної зміни швидкості обертання. Така система застосовується в приводі пресів, де шляхом зміни переданого моменту встановлюються різні значення тиску пуансона преса.

Задача регулювання в режимі постійної потужності зустрічається в приводі намотувальних машин. Там потрібно виконати умову незмінності лінійної швидкості намотуваного матеріалу і зусилля натягу при збільшенні діаметра намотувального пристрою. Схема такого привода приведена на рис. 3.8,в. У неї є два канали зворотнього зв'язку: канал 3 по швидкості обертання і канал 6 по споживаної двигуном потужності. Обидва сигнали зворотного зв'язку порівнюються із задаючим сигналом. Результуючий сигнал подається на вхід підсилювача. У результаті забезпечується робота привода ЕМК у режимі постійної заданої потужності.