13. ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ЗАСОБИ

Призначення та застосування електромагнітних муфт

Електромагнітна муфта за принципом дії нагадує асинхронний двигун, в той же час відрізняється від нього тим, що магнітний потік в ній створюється не трифазною системою, а збуджуваними постійним струмом обертаючими полюсами.

Електромагнітні муфти застосовуються для замикання і розмикання кінематичних ланцюгів без припинення обертання, наприклад в коробках швидкостей і передач, а також для пуску, реверсування і гальмування приводів верстатів.

Застосування муфт дозволяє розділити пуск електродвигунів і механізмів, зменшити час протікання пускових струмів, усунути удари як в електродвигунах, так і в механічних передачах, забезпечити плавність розгону, усунути перевантаження, прослизання і ін. Різке зменшення енергетичних втрат під час пуску електродвигунів знімає обмеження за припустимою кількістю включень, що дуже важливо при циклічній роботі двигуна.

Електромагнітна муфта має індивідуальне регулювання швидкості і є електричною машиною, яка служить для передачі обертаючого моменту від провідного валу до веденого за допомогою електромагнітного поля.

Складається електромагнітна муфта з двох основних обертаючих частин: якоря і індуктора з обмоткою збудження. Якір і індуктор механічно жорстко не зв'язані між собою. Як правило, якір з'єднується з приводним електродвигуном, а індуктор – з робочою машиною.

При обертанні приводним двигуном провідного валу муфти в разі відсутності струму в обмотці збудження індуктор, а разом з ним і ведений вал залишаються нерухомими. При подачі постійного струму в обмотку збудження в магнітному ланцюзі муфти (індуктор-повітряний зазор-якір) виникає магнітний потік. При обертанні якоря відносно індуктора в першому наводиться ЕРС і ви-никає струм, взаємодія якою з магнітним полем повітряного зазору обумовлює появу електромагнітного обертаючого моменту.

Електромагнітні індукційні муфти класифікуються за наступними ознаками:
• за принципом обертаючого моменту (асинхронних і синхронних);
• за характером розподілу магнітної індукції в повітряному зазорі;
• за конструкцією якоря (з масивним якорем і з якорем, що має обмотку типа білячої клітки);
• за способом подачі живлення в обмотку збудження;
• за способом охолодження.

Найбільшого поширення набули муфти панцирного і індукторного типу завдяки простоті конструкції. Такі муфти складаються із зубчастого індуктора з обмоткою збудження, насадженого на один вал із струмопровідними контактними кільцями, і гладкого циліндрового масивного феромагнітного якоря, сполученого з іншим валом муфти.

Електромагнітні муфти розділяються на муфти сухого і в'язкого тертя, а також муфти ковзання.

Рис. 1. Електромагнітні муфти: а) схема муфти сухого тертя; б) механічна характеристика муфти тертя; в) схема муфти в'язкого тертя; г) схема схоплення феритового наповнювача; д) механічна характеристика муфти в'язкого тертя; е) схема муфти ковзання; ж) механічна характеристика муфти ковзання.

Муфта сухого тертя передає потужність з одного валу на іншій через диски тертя 3 (рис. 1, а). Диски мають можливість переміщатися по шліцах осі валу і веденої напівмуфти. При подачі струму в обмотку 1 якір 2 стискує диски, між якими виникає сила тертя. Відносні механічні характеристики муфти приведені на рис. 1, б.

Муфти в'язкого тертя мають постійний зазор δ між ведучою 1 і веденою 2 напівмуфтами (рис. 1, в). У зазорі за допомогою обмотки 3 створюється магнітне поле, яке впливає на заповнювач (феритове залізо з тальком або графітом) і утворює елементарні ланцюжки магнітів (рис. 1, г). При цьому схоплюються ведена і провідна напівмуфти. При знятті напруги магнітне поле зникає, ланцюжки руйнуються і напівмуфти прослизають одна відносно іншої. Відносна механічна характеристика муфти приведена на рис. 1, д. Ці електромагнітні муфти дозволяють плавно регулювати швидкість обертання при великих навантаженнях на вихідному валу.

Муфта ковзання складається з двох зубовидних напівмуфт (рис. 1, е) і котушки. При подачі напруги на котушку утворюється замкнуте магнітне поле. При обертанні муфти прослизають одна відносно іншої, внаслідок чого утворюється змінний магнітний потік, це і є причиною виникнення е.р.с. Взаємодія магнітних потоків, що утворилися, приводить в обертання ведену напівмуфту. Характеристика фрикційної напівмуфти приведена на рис. 1, ж. Основне призначення таких муфт створювати найбільш сприятливі умови пуску, а також згладжувати динамічні навантаження при роботі двигуна. Електромагнітні муфти ковзання мають ряд недоліків: низький к.к.д. при малих швидкостях, малий передатний момент, низька надійність при різкій зміні навантаження і значна інертність.

На рис. 2 наводиться принципова схема керування муфтою ковзання із зворотним зв'язком за швидкістю за допомогою тахогенратора, пов'язаного з вихідним валом електроприводу. Сигнал з тахогенератора порівнюється із опорним сигналом, і різниця цих сигналів подається на підсилювач В, з виходу якого живиться обмотка збудження муфти ОВ.

Рис. 2. Принципова схема керування муфтою ковзання і штучні механічні характеристики при автоматичному регулюванні

В електромагнітних порошкових муфтах з'єднання між ведучою і веденою частинами здійснюється за рахунок підвищення в'язкості сумішей, що заповнюють зазор між поверхнями зчеплення муфт при збільшенні магнітного потоку в цьому зазорі. Головним компонентом таких сумішей є феромагнітні порошки, наприклад карбонільне залізо. Такі муфти мають високу швидкість спрацьовування, проте експлуатаційна надійність їх недостатня для широкого використання.

Одна з схем плавного регулювання швидкості обертання виконавчим двигуном ИД, який обертає виконавчий механізм ИМ через муфту ковзання М наведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема включення муфти ковзання для регулювання швидкості обертання виконавчого механізму

При зміні навантаження на валу виконавчого механізму вихідна напруга тахогенератора ТГ також змінюватиметься, внаслідок чого різниця магнітних потоків Ф1 і Ф2 електромашинного підсилювача збільшуватиметься або зменшуватиметься, змінюючи тим самим напругу на виході ЭМУ і величину сили струму в обмотці муфти.

У електромеханічних системах широко застосовуються електромагнітні муфти тертя ЕТМ (рис. 4), які дозволяють здійснювати пуск, гальмування і реверсування за час до 0,2 с, а також здійснювати десятки включень протягом 1 с. Живлення муфт здійснюється постійним струмом напругою 110, 36 і 24 В.

Рис. 4. Муфта тертя ЕТМ

Призначення та застосування електромагнітних гальм

Електромагнітні гальма (рис. 5) призначені для фіксації валу електродвигуна при відключенні від мережі живлення і встановлюються на електродвигуни типа АИР (АИРС) на задній щиток (з боку вентилятора). Можливе використання у складі приводу як стоян очне гальмо. Використовуються в механізмах, які не мають особливо жорстких вимог до швидкодії і ресурсу гальма.

Рис. 5. Електромагнітне гальмо

Настановний диск 5 кріпиться на задньому щиті електродвигуна, вал двигуна з'єднується з гальмівним диском 4 (через втулку 12, що входить в квадратний отвір в центрі диска). За відсутності напруги на гальмі пружини 7 переміщають гальмівний диск 4 з двосторонніми антифрикційними накладками до настановного диска 5, поєднуючи через поверхні тертя ротор двигуна і його корпус.

При подачі напруги на гальмо котушка 2 притягує якір 3, стискує пружини 7 і звільняє гальмівний диск 4, а з ним і вал двигуна. Рукоятка 9 дозволяє розфіксувати вал електродвигуна за відсутності напруги.

При зниженні ефективності через знос гальмівних накладок (не раніше, чим через мільйон циклів) виконують регулювання робочого зазору шліфовкою дистанційних втулок 6.

Для гальм типу 2ТЕ і 3ТЕ з живленням від незалежного джерела постійного струму постійну напругу живлення котушки гальма отримують за допомогою випрямного блоку (рис. 6, а), а гальма типу 8ТЕ, 9ТЕ підключаються послідовно з фазною обмоткою статора електродвигуна (рис. 6, б).

Рис. 6. Підключення котушки гальм типу: а) 2ТЕ, 3ТЕ; б) 8ТЕ, 9ТЕ

Призначення та застосування електромагнітних клапанів

Електромагнітний клапан (рис. 7) являє собою електромеханічний пристрій, призначений для регулювання потоків всіх типів рідин і газів. Він складається з корпусу, соленоїда з осердям, на якому встановлений диск або поршень, регулюючий потік.

Рис. 7. Конструкція і зовнішній вид електромагнітного клапану

Електромагнітний клапан використовується в технологічних процесах різної складності. У якості керуючого датчика, який замикає або розмикає коло котушки електромагнітного клапана, може бути реле тиску, пристрій контролю рівня, термостат і т.п.

Принцип дії складається у наступному. На електромагнітну котушку клапана подається електрична напруга, після чого магнітний сердечник втягується в соленоїд, що приводить до відкриття або закриття клапана.