Конструкция. Наибольшей простотой отличается конструкция ЭМС с массивным якорем, симметричным расположением разноименных полюсов по образующей индук-

Индукцаоммые муфты

С контакт ным токо-npoSodoM

С decKOH-такткым-

токд-проводом

Якорь с коротко-замкнутой: odMomKou.

Якорь с фазной. обмоткой.

Якорь зубчатый.

Якорь массивный.

Якорь с пазами,

Якорь с гильзой

Рве. 3.153. Схема классвфикации ЭМС.

J...

Рис. 3.154. Конструктивные схемы ввдукториой ЭМС (о) (/ - иидуктсчи 2 - якорь; 3 - обмотка возбуждаявя). ЭМС с когтеобраавыми полюсами ва индукторе (б) </ - вадуктор; 2 - якорь; 3 - обмотка возбуждевия), ЭМС с шахматным распожожеввея полюсов иа ввдукторе ( ) и ЭМС сбескоатактяыМТокоподаодом (г) (7 -неподвижный катушкодержатель; 2 - обмотка; 3 - якорь; 4-г0едущав часть с полюсной системой).

тора н ДВОЙНЫМ пересечением рабочего зазора магнитным потоком. Здесь по якоро поток замыкается в, аксиальном направлении(рнс. 3.154, а). Применение когтеобраз-иых полюсов (рис. 3.154,6) позволяет по-

лучить переменно-полюсную магнитную систему при замыкании потока по дугам в плоскости диаметрального сечения якоря (панцирный индуктор). При этом якорь может выполняться шихтованным. i

Промежуточным вариантом (между первыми двумя) является индуктор с асимметричным расположением разионмениых полюсов (рнс. 3.154, в), позволяющий несколько уменьшить рассеяние потока ценой усложнения технологии.

Многочисленные конструкции якорей ЭМС, например с беличьей клеткой, поверхностным проводищим споем, пазами и т. д., практически полностью повторяют коиструк-цни роторов асинхронных двигателей. В ЭМС с бесконтактным возбуждениия магнитная система состоит из трех элементов - неподвижного катушкодержателя, индуктора н якоря (рис. 3.154, г). Поскольку здесь якорь пересекается магнитным потоком в радиальном направлении, возможно исполнение его в виде тонкого стакана с малым моментом ннерцин.Потакой схеме выполняются, в частности, быстродействующие ЭМС с улучшенными динамическими свойствами для систем автоматики.

По способам присоединения ЭМС к двигателю н нагрузке различают автоиомиое исполнение ЭМС (преимущественно дли крупных муфт), встроенное (одвохорпусжое) и единая конструкция двнгателя-муфты или двигателя-тормоза с объединенной магнитной системой. Д?1я целей регулирсяыщия чаетоты вращения в широком диапазоне измеиения нагрузки употребляется одиокорпусвый блок муфта-рмоз с объединенной магннтяой сн- стемой.

Наиболее компактным является исполнение в виде блока ЭМС с даигателем, однако оно требует сравнительно высокой точности . изготовления и в наибольшей степеин ограничивает конструктора привода в отношении выбора вида источника первичной энергии, его технических характеристик и расположения муфты в кинематической цепи (3.30].

Характшистихя ЭМС. В отличие от ЭФМ и ЭПМ в ЭЖ как и в асинхронных даигате-лях, существует функциональная (а не параметрическая) связь между моментом и скольжением, описываемая механической характеристикой.

Вид механической характеристики определяется главным образом конструкцией якоря, влияющей на соотношение его активного и реактивного сопротивлений нри иэ-менякяцемся скольжений. Индухтивиое сопротивление I пропорцншально скольжению. Активное сопротивление зависит сдохшым образом от скольжения в свиш с изменением глубины проникновения поли, шисящей от частоты, а-также от койфигуравди и покрытия поверхности якоря. Пнмеиёние медной гнль-зы на якоре, узких аксиальных разрезов, короткозамкнутой обмотки уменьшает п-тичесвое скольяюние. При массивном якоре максимум момента смещается в сторону больших скольжений тем сильнее, чем меньше дкакетр якоря. Механическая характеристика

определяется выражением

где m 1 для муфт малой мощности и m = 0,5 для ЭМС мощностью единицы н десятки киловатт. Для мощных ЭМС показатель т с возрастанием мощности уменьшается до 0,4-0,2 (рис. 3.155), и прн малых его зна-

Рис. 3.155. Механические характеристики ЭМС

с массивным (а) и зубчатым (о) якорем. /-S - для муфт малой, средней и большой мощности соответственно; 4 - с зубчатым якорем; 5 - с якорем с гильзой; 6 - с якорем с пазами;

7 - с якорем с короткоаамкиутой обмоткой;

8 - с зубчатым якорем с короткозамкиутой об-

моткой.

чениях момент в широком диапазоне скольжений максимален и практически равен пусковому. Такая форма кривой М (s) свойственна экскаваторным характеристикам. ЭМС с короткозамкиутой обмоткой на якоре имеют механическую характеристику, аналогичную соответствующим кривым асинхронных двигателей, и описываются формулой Клосса (см. § 3.1.3).

Как видно нз рис. 3.155, естестьенные механические характеристики ЭМС в большинстве случаев обладают малой жесткостью. Для увеличения жесткости целесообразно переводить рабочую точку прн изменении нагрузки на другую характеристику, соответствующую иному значению тока возбуждення и обеспечивающую в идеальном случае неизменное значение скольжения. Прн этом рабочая точка для различных значений

Рис. 3.156. Семейство искусственных механических характеристик ЭМС с автоматический регулятором скорости.

момента нагрузки перемещается по семейству механических характеристик, описывая кривую, называемую искусственной механической характеристикой [3.30, 3.32]. В реальных приводах с ЭМС изменение тока возбуждення обеспечивается регулятором с обратной связью по скорости. Установившееся значение скорости определяется уставкой регулятора. Область семейства искусственных механических характеристик ЭМС показана на рнс. 3.156.

Совокупность значений М (/) прн п = = const нлн п (/) при М = const образует семейство регулировочных характеристик. Для индукторных ЭМС эти кривые имеют внд квадратичных парабол М - Г-, для панцирных ЭМС они близки к прямым линиям

Механическая характеристика асинхронно-синхронных муфт. Если на индукторе н якоре имеется равное количество зубцов

Рис. 3.157. Конструктивные схемы асвихроиио-сиихроиных индукторных (а) в панцирных (б) муфт.

/ - индуктор; 1 - якоры s - короткозамкиу-таи обмотка.

(рнс. 3.157), момент муфты прн малых скольжениях резко возрастает и стремится к максимуму прн $тах О, т. е. прн вхождении муфты в синхронизм (рнс. 3.155, б, кривые 8 н 4). Результирующая механическая характеристика получается суммированием кривых среднего во времени синхронизирующего момента н асинхронного момента муфты. Различную форму характеристики можно получить варьированием глубины впадин зубцов якоря и размещением в этих впадинах нлн части нх короткозамкиутой обмотки.

Динамические характеристики ЭМС. Нестационарные режимы ЭМС описываются системой нелинейных уравнений, допускающих лишь приближенное решение. С другой сто- роиы, преобладающее влияние на процессы изменения скорости в ЭМС оказывает электромеханическая постоянная времени вследствие сравнительно небольшого отношения вращающего момента к моменту инерции ведомой части. По указанным причинам в большинстве случаев при расчете переходных процессов в приводе пользуются статической механической характеристикой ЭМС, а в приводах с регулятором скорости - семейством искусственных статических механических характеристик. Исключением являются быстродействующие ЭМС с малоннер-ционной ведомой частью.

В частном случае при дополнительных упрощающих предположениях и записи динамической характеристики обычной ЭМС при включении возбуждения в виде

можно использовать зависимости (о {f), приведенные на рис. 3.158. Здесь Г , - механическая постоянная времени привода.

J - Ч

5 t/T,

Рнс. 3.158. Процесс разгона ЭМС при чисто динамической нагрузке с злектромеханнческой постоянной времени 1 н электромагнитной постоянной Гд.

Энергетические характеристики. В стационарном режиме при номинальном моменте нагрузки потери в ЭМС пропорциональны номинальному скольжению. При этом рассеиваемая мощность

А - НОМ

номном

1 - %ом

(3.83)

Для любых режимов необходимо, чтобы средние потери не превышали АРном- т. е. в пределах интервала

J Л1(05(/)Л<ДРном.

Здесь подразумевается, что интервал /н достаточно велик, чтобы обеспечить усреднение потерь. Интеграл в левой части есть энергия потерь А, которая при малых t теоретически может превысить допустимую. Однако для массивных якорей предельная энергия Ai достаточно велика и практически не достигается.

Основные области применения ЭМС указаны в табл. 3.46; ниже приведены некоторые рекомендации, вытекающие нз особенностей ЭМС. При постоянном моменте нагрузки М = const глубокое регулирование в длительном режиме неэкономично, так как в силу (3.83) приводит к существенному снижению допустимой входной мощности относительно номинальной и снижению КПД. Минимальные потери (не более 17 % Рно ) имеют место

при вентиляторной нагрузке (Мнагр ~ ), так как при больших скольжениях потребляется малая мощность.

Возможно осуществление плавного разгона нагрузки в продолжительном или повторно-кратковременном режиме с ограничением частоты циклов. Однако для поддержания стабильной частоты вращения необходим регулятор либо применение ЭМС с определенной конструкцией якоря.

В силу сложности системы автоматического регулирования и значительных габаритов динамометрических ЭМС их целесообразно применять начиная с достаточно высоких значений частоты вращения (порядка нескольких тысяч об/мин), когда применение порошковых тормозов невозможно из-за расслаивания наполнителя. С увеличением номинальной мощности тормозов граничное значение скорости понижается.

Ограничение момента может осуществляться как путем формирования механической характеристики, так и изменением тока, возбуждения, например, в функции скольжения. В приводах без датчика момента для достаточно точного ограничения может потребоваться коррешщя по температуре якоря.

Малолющные ЭМС с легким якорем в виде немагнитного полого стакана могут применяться в системах регулирования различного рода. Обычно прн этом используются две муфты с противоположными направлениями вращения, ведомые части которых соединены с дифференциальным редуктором.

Рнс. 3.159. Получение искусственных механических характеристик прн одновременном регу-лированнн муфтой н тормозом скольжения (прн = 0).

При формировании специальных механических характеристик, например для кратковременного глубокого регулирования, используется комбинация муфты и тормоза, позволяющая получить устойчивые ползучие