Электромагнитная муфта

Электромагнитная  муфта по принципу действия  напоминает асинхронный двигатель, в то же время отличаясь  от него тем, что магнитный  поток в ней создастся не  трехфазной системой, а возбуждаемыми  постоянным током вращающимися  полюсами.

 Электромагнитные муфты применяют  для замыкания и размыкания  кинематических цепей без прекращения  вращения, например в коробках  скоростей и передач, а также  для пуска, реверсирования и торможения  приводов станков. Применение муфт  позволяет разделить пуск двигателей  и механизмов, уменьшить время  пускового тока, устранить удары  как в электродвигателях, так  и в механических передачах, обеспечить  плавность разгона, устранить перегрузки, проскальзывания и др. Резкое  уменьшение пусковых потерь в  двигателях снимает ограничение  по допустимому числу включений, что очень важно при цикличной  работе двигателя.   

 Электромагнитная муфта является  индивидуальным регулятором скорости  и представляет собой электрическую  машину, служащую для передачи  вращающего момента от ведущего  вала к ведомому при помощи  электромагнитного поля, и состоит  из двух основных вращаюших  частей: якоря (в большинстве случаев  представляет собой массивное  тело) и индуктора с обмоткой  возбуждения. Якорь и индуктор  механически жестко не связаны  между собой. Как правило, якорь  соединяется с приводным двигателем, а индуктор — с рабочей машиной.

 При вращении приводным двигателем  ведущего вала муфты в случае  отсутствия тока в обмотке  возбуждения индуктор, а вместе  с ним и ведомый вал остаются  неподвижными. При подаче постоянного  тока в обмотку возбуждения  в магнитной цепи муфты (индуктор  — воздушный зазор-якорь) возникает  магнитный поток. При вращении  якоря относительно индуктора  в первом наводится ЭДС и  возникает ток, взаимодействие которою  с магнитным полем воздушного  зазора обусловливает появление  электромагнитного вращающего момента.

 

 Электромагнитные индукционные  муфты можно подразделить по  следующим признакам:

 

 по принципу  вращающего момента (на асинхронные  и синхронные);

 

по характеру распределения магнитной индукции в воздушном зазоре;

 

по конструкции якоря (с массивным якорем и с якорем, имеющим обмотку типа беличьей клетки);

 

по способу подачи питания в обмотку возбуждения; по способу охлаждения.

 Наибольшее распространение получили муфты панцирного и индукторного типа благодаря простоте конструкции. Такие муфты состоят в основном из зубчатого индуктора с обмоткой возбуждения, насаженного на один вал с токопроводящими контактными кольцами, и гладкого цилиндрического массивного ферромагнитного якоря, соединенного с другим валом муфты.

Устройство, принцип действия и характеристики электромагнитных муфт.

 Электромагнитные муфты, применяемые  для автоматического управления, разделяются на муфты сухого  и вязкого трения и муфты  скольжения.

 Муфта сухого трения   производит передачу мощности с одного вала на другой через диски трения 3. Диски имеют возможность перемещаться по шлицам оси вала и ведомой полумуфты. При подаче тока в обмотку 1 якорь 2 сжимает диски, между которыми возникает сила трения. Относительные механические характеристики муфты приведены на рис 1, б.   

 Муфты вязкого трения   имеют постоянный зазор   δ   между ведущей 1 и ведомой 2 полумуфтами. В зазоре с помощью обмотки 3 создаётся магнитное поле, которое воздействует на заполнитель (ферритовое железо с тальком или графитом) и образует элементарные цепочки магнитов. При этом заполнитель как бы схватывает ведомую и ведущую полумуфты. При выключении тока магнитное поле пропадает, цепочки разрушаются и полумуфты проскальзывают относительно друг друга. Относительная механическая характеристика муфты приведена на рис. 1, д. Эти электромагнитные муфты позволяют плавно регулировать скорость вращения при больших нагрузках на выходном валу.  

Электромагнитные  муфты: а - схема муфты сухого трения, б - механическая характеристика  муфты трения, в - схема муфты вязкого  трения, г - схема схватывания ферритового  наполнителя, д - механическая характеристика  муфты вязкого трения, е - схема  муфты скольжения, ж - механическая  характеристика муфты скольжения.

 Муфта скольжения   состоит из двух зубовидных полумуфт (см. рис. 1, е) и катушки. При подаче тока в катушку образуется замкнутое магнитное поле. При вращении муфты проскальзывают одна относительно другой, в результате чего образуется переменный магнитный поток, это и является причиной возникновения э. д. с. и токов. Взаимодействие образовавшихся магнитных потоков приводит во вращение ведомую полумуфту.

 Характеристика фрикционной  полумуфты приведена на рис. 1, ж. Основное назначение таких  муфт - создавать наиболее благоприятные  условия пуска, а также сглаживать  динамические нагрузки при работе  двигателя.

 Электромагнитные муфты скольжения  имеют ряд недостатков: низкий  коэффициент полезного действия  при малых скоростях, малый передаваемый  момент, низкая надежность при  резком изменении нагрузки и  значительная инертность.   
На рисунке ниже приведена принципиальная схема управления муфтой скольжения при наличии обратной связи по скорости с помощью тахогенратора, связанного с выходным валом электропривода. Сигнал с тахогенератора сравнивается с задающим сигналом, и разность этих сигналов подается на усилитель У, с выхода которого питается обмотка возбуждения муфты ОВ.  П ринципиальная схема управления   муфты скольжения и   искусственные механические характеристики при автоматическом регулировании

 Эти характеристики располагаются  между кривыми 5 и 6, которые соответствуют  практически минимальному и номинальному  значениям токов возбуждения  муфты. Однако увеличение диапазона  регулирования частоты вращения  привода связано со значительными  потерями в муфте скольжения, которые в основном складываются  из потерь в якоре и в  обмотке возбуждения. Причем потери  якоря, особенно с увеличением  скольжения, значительно преобладают  над другими потерями и составляют 96 - 97 % максимальной мощности, передаваемой  муфтой. При постоянном моменте  нагрузки частота вращения ведущего  вала муфты постоянна, т. е.   n   = const,   ω   = const.  У  электромагнитных порошковых муфт   соединение между ведущей и ведомой частями осуществляется за счет повышения вязкости смесей, заполняющих зазор между поверхностями сцепления муфт при увеличении магнитного потока в этом зазоре. Главным компонентом таких смесей являются ферромагнитные порошки, например карбонильное железо. Для устранения механического разрушения частиц железа из-за сил трения или их слипания добавляют специальные наполнители - жидкими (синтетические жидкости, индустриальные масло или сыпучими (оксиды цинка или магния, кварцевый порошок). Такие муфты обладают высокой скоростью срабатывания, однако эксплуатационная надежность их является недостаточной для широкого применения в станкостроении.

 Рассмотрим одну из схем  плавного регулирования скорости  вращения исполнительным двигателем  ИД, работающего через муфту скольжения  М на исполнительный механизм  ИМ.   

 

 Схема включения  муфты скольжения для регулирования  скорости вращения исполнительного  механизма

 При изменении нагрузки на  валу исполнительного механизма  выходное напряжение тахогенератора  ТГ также будет изменяться, в  результате чего разность магнитных  потоков Ф1 и Ф2 электромашинного  усилителя будет увеличиваться  или уменьшаться, изменяя тем  самым напряжение на выходе  ЭМУ и величину силы тока  в обмотке муфты.

 Электромагнитные муфты ЭТМ

 Электромагнитные муфты трения  ЭТМ (сухие и масляные) позволяют  производить пуск, торможение и  реверсирование за время до 0,2 с, а также осуществлять десятки  включений в течение 1 с. Управление  муфтами и их питание осуществляется  постоянным током напряжением 110, 36 и 24 В. Мощность управления составляет  не более 1 % мощности, передаваемой  муфтой. По конструкции муфты  бывают одно- и многодисковые, нереверсивные  и реверсивные.

 Электромагнитные муфты серии  ЭТМ с магнитопроводящими дисками  выполняют контактного исполнения (ЭТМ2), бесконтактные (ЭТМ4) и тормозные (ЭТМ6). Муфты с контактным токоироводом  отличаются невысокой надежностью  из-за наличия скользящего контакта, поэтому в наиболее качественных  приводах используют электромагнитные  муфты с неподвижным токопроводом. Они имеют дополнительные воздушные  зазоры.

 Муфты бесконтактного исполнения  отличаются наличием составного  магнитопровода, образуемого корпусом  и катушкодержателем, которые разделены  так называемыми балластными  зазорами. Катушкодержатель смонтирован  неподвижно, при этом исключаются  элементы контактного токопровода. За счет зазора снижается теплопередачи  от фрикционных дисков к катушке, что повышает надежность муфты  в тяжелых режимах работы.

 В качестве ведущих целесообразно  использовать муфты исполнения  ЭТМ4, если это допустимо по  условиям встройки, а в качестве  тормозных - муфты исполнения ЭТМ6.

 Муфты ЭТМ4 надежно работают  при высокой частоте вращения  и частых включениях. Эти муфты  менее чувствительны к загрязнению  масла, чем ЭТМ2, наличие у которых  твердых частиц в масле может  вызвать абразивный износ щеток, поэтому муфты ЭТМ2 могут применяться, если указанные ограничения отсутствуют  и монтаж муфт ЭТМ4 по условиям  конструкции узла затруднителен.

 В качестве тормозных необходимо  применять муфты исполнения ЭТМ6. Муфты ЭТМ2 и ЭТМ4 не следует  применять для торможения по  «обращенной» схеме, т. е. при вращающейся  муфте и неподвижно закрепленном  поводке. Для выбора муфт необходимо  оценить: статический (передаваемый) момент, динамический момент, время переходного  процесса в приводе, средние потери, единичную энергию и остаточный  момент покоя.