Схема работы электромагнитных муфт

Выбор электромагнитной фрикционной муфты

1. Учет статических характеристик
Электромагнитные муфты работают в релейном режиме, они не используются для плавного регулирования  момента, но проскальзывание происходит при включении или отключении муфты.

• скорость скольжения,
• передаваемый момент - момент без скольжения;
• вращающий момент - момент передаваемый со скольжением;
• максимальный и номинальный момент без скольжения;
• остаточный момент со скольжением и без

2. Учет динамических характеристик

Зависимость  моментов, которые передавает муфта без или со скольжением, от времени. Приведем в пример графики включения и отключения масляной  электромагнитной муфты.  

3. Учет энергетических характеристик

Способность муфты рассеивать теплоту, (а значит терять энергию). Средняя теплорассеивающая способность - мощность, рассеиваемая муфтой при максимально допустимой температуре обмотки, которую измеряют сопротивлением в стационарном тепловом режиме.

Единичная энергия - предельно допустимая энергия, которая преобразуется в энергию тепла за один рабочий цикл  в дисках муфты.

Когда выбираете электромагнитную муфту, важно оценить:

• ее моменты со скольжением и без него,
• время и скорость переходных процессов в электроприводе,
• средние и единичные потери энергии,
• остаточные моменты

Муфту для передачи вращения выбираеть рекомендуется с таким номинальным моментом без скольжения, который был бы больше максимального значения статического противодействующего момента машины   приведенного к валу муфты, который может быть приложен после  включения муфты, то есть после выхода ее на режим передачи момента без скольжения.

Для надежного включения муфты минимальный момент со скольжением, передаваемый муфтой  должен превышать противодействующий момент максимально возможный в процессе  включения.

М пр.мин > (1,5/2) М о.б.с.

М пр. мин - минимальное значение противодействующего  статического момента, который создавает рабочая машина при движении на холостом ходу, приведенного к валу муфты,   

Процесс работы масляной электромагнитной муфты

1. Муфта работает в приводе с двигателем неограниченной мощности, развивающем на  ведущем валу муфты такой вращающий момент, который требует от него рабочая машина.  Частота вращения вала такого двигателя, а значит, и ведущей части муфты n1=const

2. Рабочая машина создает постоянный по времени статический противодействующий момент Мпр и имеет приведенный к ведомому валу муфты, момент инерции вращающихся частей J2,  в который входит и момент инерции ведомой части муфты.

3. Напряжение источника питания обмотки не изменятся во времени и находится на уровне минимально допустимого. Обмотка муфты разогрета до установившейся допустимой  температуры, поэтому при включении муфта может без скольжения передать номинальный  момент М н.б.с.

4. Номинальный момент муфты со скольжением (М н.с.с.) больше противодействующего  момента. М н.с.с.>Мпр. Под М н.с.с. который зависит от скорости скольжения, для  определенности далее будем понимать момент сил, передаваемый муфтой со скольжением в  момент времени, соответствующий концу переходного процесса нарастания потока в  магнитопроводе мутфы при включении.

5. Между ведомой частью муфты и рабочей машиной есть устройство, которое позволяет передавать момент только по направлению от двигателя к рабочей машине. Поэтому, если  противодействующий статический момент больше передаваемого муфтой момента, то ведомая  часть муфты неподвижна или вращается с замедлением  (за счет кинетической энергии  приобретенной при предшествующим рабочем цикле) вплоть до полной остановки. Если  передаваемый муфтой момент больше статического противодействующего, то ведомая часть  муфты  вращается с ускорением, при этом частота вращения ведомой части растет вплоть  до n1.

6. В момент включекния обмотки (точка 0 на рисунках) частота вращения ведомой части  муфты n2=0. При этом муфта передает момент Mt, равный остаточном моменту М о.с.с.  (при скольжении s=1)
На участке от точки 0 до 1' происходит увеличение тока iвх в обмотке муфты до тока  трогания при срабатывании iтр.ср.(рисунок а), при котором рабочий поток муфты равен  потоку трогания при срабатывании Фтр.ср. (рисунок б), достаточному для начала  движения якоря. Почти одновременно с началом движения якоря или чуть позже  (в точке  1, рисунок в) начинает увеличиваться сила сжатия дисков, а значит, начинает нарастать  момент, который передает муфта. В промежутке от точки 1 до точки 2 момент Mt,  передаваемый муфтой меньше противодействующего Мпр, поэтому ведомая часть муфты  начинает вращаться только в точке 2, в которой Мt = Мпр.

В точке 3' входной ток и рабочий поток практически достигают своих установившихся  значений (в магнитопроводе муфты заканчивается переходный электромагнитный процесс).  От точки 1 до точки 3' рост момента Мt происходит главным образом за счет сжатия  фрикционных дисков, которое увеличивается из-за увеличения в течение этого времени  тока в обмотке (рисунок а), а значит и рабочего потока (рисунок б) и создаваемой этим  потоком электромагнитной силы. С прекращением роста рабочего потока процесс роста  момента Мt, передаваемого муфтой не заканчивается. Это происходит лишь в точке 4, как  только скорость n2 ведомой части муфты становится равной скорости n1 ведущей. На  участке 3' - 4 момент растет за счет уменьшения скорости скольжения. Скорости  изменения момента и частоты вращения ведомой части муфты резко возрастают вблизи  точки 4 при переходе от трения скольжения к трению покоя.

Для промужутка времени, при котором момент Mt создаваемый двигателем и передаваемый  муфтой больше или равен противодействующему, справедливо уравнение Mt=Mпр+J2dw2/dt

Разность Mt-Mпр =J2dw2/dt идет на разгон рабочей машины и ведомой части муфты. В точке  4 момент Мt создаваемый двигателем и передаваемый муфтой падает до  противодействующего момента  Мпр потому, что начиная с этой точки отпадает  необходимость в разгоне рабочей машины и ведомой части муфты: частота вращения  ведомой части n2 становится неизменной во времени частоте вращения ведущей части n1.
Это означает, что dw2/dt=0. Поэтому Mt=Mпр

В точке 5 происходит размыкание цепи обмотки муфты. При этом ток iвх практически моментально падает до нуля (рис. а).
Поток, уменьшающийся в муфте, по закону электромагнитной индукции наводит ЭДС,  которая создает в магнитопроводе вихревые токи. По закону Ленца, вихревые токи  направленны так, чтобы создаваемый ими поток противодействовал изменению,
в данном случае уменьшению потока, вызвавшего вихревые токи. Таким образом вихревые токи поддерживают рабочий поток Фt. Он уменьшается существенно медленнее (рис. б), чем ток в обмотке муфты после размыкания обмотки.

Начиная с точки 5, вместе с уменьшением рабочего потока уменьшается и сила сжатия  дисков, создаваемая этим потоком, а значит, уменьшается и момент, который может  передать муфта без скольжения (кривая  М б.с. отк t на рис в) и со скольжением   
(кривая  М с.с. отк t). Начиная с точки 6, противодействующий момент становится  больше момента, который муфта может передать  без скольжения (напомним, что на  участке 4-6 скольжение отсутствует), поэтому в точке 6 происходит "срыв"  проскальзывание дисков. После проскальзывания момент, передаваемый муфтой, резко  падает, так как происходит переход от трения покоя к трению скольжения и  соответствующее этому переходу резкое  уменьшение коэффициента трения. Начиная с  точки 6 передаваемый муфтой момент Мt уменьшается по кривой, совпадающей с кривой М  с.с. отк t; частота вращения n2 ведмой части муфты уменьшается, скольжение  увеличивается.
В точке 8 поток Фt уменьшается до остаточного Фо. При этом передаваемый муфтой момент становится равным остаточному со скольжением М' о.с.с. В общем случае М' о.с.с. =/= М  о.с.с. в точке 0, так как в точке 8 и точке 0 отличаются скольжения.

Основными характеристиками динамического процесса включения и отключения муфты,  важными с точки зрения ее работы в электроприводе, являются обозначенные на рис. в в  промежутке времени t0, t0,9 и t0,05. Время запаздывания при включении  электромагнитной муфты t0 - интервал времени между моментом включения обмотки и  началом нарастания передаваемого муфтой момента.

Время нарастания момента электромагнитной муфты t0,9  - интервал времени от окончания времени запаздывания  до точки динамической характеристики, соответствующей  значению 0,9 от номинального момента М н.б.с или момента Мс.с, установленного  техническими условиями (например, номинального момента  Мн.с.с, как на рис в. Правой  границей времени нарастания момента t 0,9 для определенности выбрана точка 3, в  которой Мt=0,9Мн.с.с, а не точка 3', в которой  Мt=Mн.с.с. Это сделанно потому, что в  области точки 3' момент почти не изменяется: зафиксировать точку 3' экспериментально  можно лишь с большой погрешностью.

Время  спадания момента электромагнитной муфты при отключении - это время от момента  размыкания цепи управления до точки динамической характеристики Мб.с.отк t или  Мс.с.отк t при отключении электромагнитной муфты, соответствующей значению 0,05 от  номинального момента Мн.б.с или момента Мс.с установленного нормативным документом  (на рисунке в  Мс.с=Мн.с.с). Правой границей времени t0,05 берется точка 7 при  Мt=0,05 Мн.с.с, а не точка 8 при которой Mt=M'о.с.с, потому что положение точки 8,  как и точки 3' трудно определить экспериментально.

Обычно характеристики динамические конкретной муфты, полученные при рассчетах отличаются от реальных условий работы. Стоит это учитывать при проектировании.