Электромагнитные механизмы аппаратов

1. 8 Электромагнитные механизмы аппаратов

2.

8.1 Элементы магнитной
цепи

3.

Электромагниты в электрических аппаратах применяются для привода
подвижной системы (контакторы, пускатели, реле, автоматические
выключатели) и в качестве устройств, создающих силы сцепления (муфты,
тормоза).
Подвижная часть магнитной цепи, создающая
рабочее усилие, называется якорем. В клапанной
системе
якорь
может
совершать
либо
поступательное, либо вращательное движение.
На рисунке изображена магнитная цепь
электромагнита клапанного типа.
При прохождении тока по катушке создается магнитный поток. Поток,
проходящий через рабочий зазор δ, называется рабочим потоком и
обозначается Фδ. Этот поток связывает подвижную часть электромагнита
(якорь) с неподвижной, на которой размещается источник
магнитодвижущей силы – МДС (катушка). Все остальные потоки называют
потоками рассеяния Фσ. Эти потоки возникают между любыми точками
магнитопровода, имеющими различный магнитный потенциал. Сила,
развиваемая якорем, определяется, как правило, магнитным потоком в
рабочем зазоре.

4.

В любом электромагните, используемом в
электрических аппаратах можно выделить три
основные части:
- магнитопровод;
- воздушный зазор ;
- катушку.
Магнитопроводы
В качестве материала магнитопроводов
используют сталь и ее сплавы.
Для электромагнитных систем, работающих
в переменных магнитных полях применяют т.н.
магнитомягкие материалы, обладающие узкой
петлей гистерезиса (Нс < 200 А/м) и высокой
магнитной проницаемостью.
Для постоянных магнитов применяют
магнитотвердые материалы (Нс > 4000 А/м),
обладающие широкой петлей гистерезиса и
малой магнитной проницаемостью.

5.

Воздушные зазоры
При расчете магнитной цепи необходимо определять проводимость
воздушного зазора, для сравнительно простых форм полюсов
γ 0
S
,
где S – сечение воздушного зазора;
δ – его длина;
μ0 = 4 . π . 10-7 Гн/м – абсолютная магнитная проницаемость.
В действительности в воздушном зазоре магнитные линии будут
выпучиваться и сечение проводящего воздушного зазора S’ будет
несколько больше сечения полюса S, и действительная проводимость
будет больше. При относительно простых формах полюсов выпучивание
магнитных линий удается учесть поправочным коэффициентом. В
противном случае проводимость зазора может быть рассчитана либо
графическим методом (построение картины магнитного поля, с
дальнейшей разбивкой на элементарные трубки), либо методом разбивки
поля на простые фигуры.

6.

Катушки
Катушка является одним из главных элементов электромагнита и
должна удовлетворять следующим основным требованиям:
1. Обеспечивать надежное включение электромагнита при наихудших
условиях, т.е. в нагретом состоянии и при пониженном напряжении.
2. Не перегреваться свыше допустимой температуры при всех
возможных режимах, т.е. при повышенном напряжении.
3. При минимальных размерах быть удобной для производства.
4. Быть механически прочной.
5. Иметь определенный уровень изоляции, а в некоторых аппаратах
быть влаго-, кислотно- и маслостойкой.
При расчете катушки необходимо выполнить два условия. Первое –
обеспечить требуемую МДС при горячей катушке и пониженном
напряжении. Второе – температура нагрева при этом не должна
превосходить допустимую.
В результате расчета должны быть определены следующие величины,
необходимые для намотки: d – диаметр проволоки выбранной марки;
w – число витков; R – сопротивление катушки.

7.

Катушки
По конструктивному исполнению различают катушки:
Бескаркасные
(с намоткой на
сердечник или из
термоспекаемого
провода)
Катушки
Бескаркасные
бондажированные
Каркасные

8.

Электромагнитные механизмы применяются для приведения в
действие многих аппаратов. Конструкции электромагнитов разнообразны,
они могут быть классифицированы:
По способу
действия
Удерживающие (для
удержания грузов)
Притягивающие (путем
перемещения якоря)
Электромагниты

9.

Электромагнитные механизмы применяются для приведения в
действие многих аппаратов. Конструкции электромагнитов разнообразны,
они могут быть классифицированы:
По способу
действия
По способу
включения
С параллельной
катушкой
(ток в катушке
определяется
параметрами самого
электромагнита и
напряжением сети)
Электромагниты
С последовательной
катушкой
(катушка включается в
силовую цепь, ток в
катушке определяется
теми устройствами, в
цепь которых
включена катушка.)

10.

Электромагнитные механизмы применяются для приведения в
действие многих аппаратов. Конструкции электромагнитов разнообразны,
они могут быть классифицированы:
По способу
действия
По способу
включения
Постоянного
Электромагниты
По роду тока
Переменного

11.

Электромагнитные механизмы применяются для приведения в
действие многих аппаратов. Конструкции электромагнитов разнообразны,
они могут быть классифицированы:
По способу
действия
По способу
включения
Электромагниты
По роду тока
По времени
действия
Быстродействующие
t = 0,003 – 0,05 сек
С нормальным
временем действия
t = 0,05 – 0,15 сек
Замедленного действия
t > 0,15 сек

12.

Электромагнитные механизмы применяются для приведения в
действие многих аппаратов. Конструкции электромагнитов разнообразны,
они могут быть классифицированы:
По способу
действия
По способу
включения
Электромагниты
Поворотные
(клапанные)
По роду тока
По времени
действия
По характеру
движения якоря
Прямоходовые

13. Клапанная

Классификация по характеру движения якоря:
Броневая
Клапанная
Ш-образная
Соленоидная
Плоская для
многоконтактных реле
Для герконов
С поворотным
якорем
С Z-образным
якорем

14.

8.2 Расчет магнитной цепи

15.

При расчете магнитной цепи может возникнуть одна из двух задач:
прямая и обратная.
Прямая задача заключается в определении
необходимой для создания заданного рабочего потока.
МДС
катушки,
В обратной задаче определяется магнитный поток по известной
намагничивающей силе (поверочный расчет).
Размеры магнитопровода заданы в обоих случаях.

16.

Прямая задача
Задано:
1) геометрические размеры магнитной цепи;
2) характеристика B = f(H) (кривая намагничивания) ферромагнитных
материалов, из которых выполнена магнитная цепь;
3) магнитный поток Ф, который надо создать в магнитной цепи.
Требуется: найти намагничивающую силу обмотки F = I .w.
Решение задачи рассматривается применительно к магнитопроводу,
представленному на рисунке
δ

17.

1. Магнитная цепь разбивается на ряд участков с одинаковым
поперечным сечением S, выполненном из однородного материала.
2. Намечается путь прохождения средней магнитной линии (показано
пунктиром).
Т.к. магнитный поток на всех участках цепи остается постоянным, то
магнитная индукция B = Ф / S на каждом из участков и напряженность
магнитного поля Н неизменны. Это позволяет сравнительно просто
определить значение H.l для контура, образованного средней магнитной
линией, а, следовательно, найти искомую величину намагничивающей
силы.
δ

18.

3. По заданному рабочему потоку Ф и известным размерам
магнитопровода определяют магнитную индукцию в воздушном зазоре и
в сердечнике. Индукция в воздушном зазоре
Ф
В .
S
Строго говоря, сечение стержня и сечение потока в воздушном зазоре
несколько отличаются из-за явления выпучивания магнитных силовых
линий в воздушном зазоре. Расчет проводимости воздушного зазора с
учетом выпучивания связан с большими трудностями ввиду сложности
картины магнитного поля. Поэтому в практических расчетах можно
считать, что сечение потока в воздушном зазоре равно сечению
магнитопровода, хотя это допущение справедливо в тех случаях, когда
отношение размеров полюсов (ширина, толщина или диаметр) к длине
воздушного зазора более 20.
Магнитная индукция в сердечнике
Ф
В .
S

19.

4. Напряженность в воздушном зазоре
H
B
0
.
где μ0 = 4 .π .10-7 Гн/м – магнитная проницаемость вакуума.
Далее по кривой намагничивания стали В(Н) и известной индукции В
определяют напряженность поля Н в сердечнике.

20.

5. Намагничивающая сила катушки определится по закону полного тока
n
Iw H i li H .
i 1
где l – длина средней линии магнитопровода, м;
δ – длина воздушного зазора, м.

21.

Обратная задача
Задано:
1) геометрические размеры магнитной цепи;
2) характеристика B = f(H) (кривая намагничивания) ферромагнитных
материалов, из которых выполнена магнитная цепь;
3) намагничивающая сила обмотки F = I .w.
Требуется: найти магнитный поток Ф.
Задача решается графоаналитическим методом.
1. Произвольно задаются магнитным потоком Ф и находят для него НС,
как и в прямой задаче.
2. Так, задаваясь потоком несколько раз, каждый раз определяют НС и
по полученным данным строят вебер-амперную характеристику цепи
Ф = f (I.w).
3. По полученной характеристике определяют,
соответствует заданной намагничивающей силе.
какой
поток

22.

8.3 Расчет обмоток
электромагнитов

23.

В результате расчета магнитной цепи
определяется необходимая НС обмотки. Обмотка
должна быть рассчитана таким образом, чтобы, с
одной стороны, обеспечить требуемую НС, а с
другой – чтобы ее максимальная температура не
превышала допустимой.
Рассчитаем обмотку электромагнита постоянного тока, показанного на
рисунке. Обмотка катушки 1 выполняется изолированным проводом,
который наматывается на каркас 2 (Катушки могут быть и бескаркасными).
Расчет произведем для катушек с разным способом включения в сеть:
- параллельным;
- последовательным;
- при переменном токе.

24.

Для расчета обмотки, параллельно включаемой в
цепь (обмотки напряжения), должны быть заданы
напряжение и НС. Сечение обмоточного провода q
находим исходя из потребной НС:
F I w
U w
U w
U q
,
ρ lср w ρ lср
R
q
где ρ – удельное сопротивление;
d об Dоб
lср
2
lср – средняя длина витка.
Из уравнения получим расчетное значение сечения провода
q
F ρ lср
U
.
По найденному сечению с помощью таблиц сортаментов находится
ближайший стандартный диаметр провода.

25.

q
F ρ lср
U
Из формулы следует, что при неизменной средней
длине витка lср и заданном ρ НС определяется
произведением U . q.
Если при неизменном напряжении и средней длине
витка требуется увеличить НС, то необходимо взять
провод большего сечения. При этом обмотка будет
иметь меньшее число витков. Ток в обмотке возрастает,
т.к. сопротивление уменьшится за счет уменьшения
числа витков и увеличения сечения провода.
Число витков обмотки при заданном сечении катушки Qоб определяется
коэффициентом заполнения, зависящим от способа укладки витков
(рядами, россыпью и др.)
k зап
w q
,
Qоб
где Qоб – сечение обмотки (площадь окна);
w . q – реальная площадь, занимаемая обмоткой.
Отсюда число витков
k зап Qоб
w
.
q

26.

Мощность, выделяющаяся в обмотке в виде
тепла
U2
P
,
R
Тогда
U2
U 2 q
P
R
ρ lср w
ρ lср
U 2 q
U 2 q2
2
F
.
k зап Qоб ρ lср k зап Qоб
k зап Qоб
ρ lср
q
Т.о., мощность, потребляемая обмоткой, прямо пропорциональна
квадрату НС и обратно пропорциональна коэффициенту заполнения kзап и
площади окна Qоб.

27.

Для расчета обмотки тока (последовательной
обмотки) при постоянном токе исходными
параметрами являются НС и ток цепи Iном. Число
витков обмотки находится из выражения
w
F
I ном
.
Сечение проводника можно выбрать исходя из рекомендуемой
плотности тока, равной
- 2 – 4 А/мм2 для продолжительного,
- 5 – 12 А/мм2 для повторно-кратковременного,
- 13 – 30 А/мм2 для кратковременного режима работы.
Эти значения можно увеличить примерно в 2 раза, если срок службы
обмотки и электромагнита не превышает 500 ч.
q
I ном
.
jрек

28.

Площадь окна, занимаемого обмоткой,
определяется числом витков и диаметром
провода d:
w d 2
Qоб
.
4 k зап
Зная Qоб, можно определить среднюю длину витка и сопротивление
обмотки. После этого может быть проведена оценка на нагрев.
lср
d об Dоб
,
2
R
P
2
I ном
R
2
I ном
ρ lср w
ρ lср w
q
q
,
или P F
2
ρ lср
k зап Qоб
.

29.

Исходными
данными
для
расчета
обмотки
напряжения
электромагнитов переменного тока являются амплитуды НС, магнитного
потока и напряжение сети.
Напряжение сети уравновешивается
падениями напряжения:
активным
и
реактивным
U 2 ( I R) 2 (4,44 f w Фм ) 2 ,
где I и U – действующие значения напряжения и тока.
Поскольку ток и сопротивление могут быть рассчитаны только после
определения числа витков, то задача определяется методом
последовательных приближений.
Т.к. в катушке активное падение напряжения значительно меньше
реактивного, то в начале расчета примем R = 0. Тогда число витков
обмотки
U
w
.
4,44 f Фм

30.

Т.к. при расчете w не учитывалось активное сопротивление, то
действительное число витков должно быть несколько меньше. Обычно
wрасч (0,7 0,8)
Тогда
I
U
.
4,44 f Фм
Fм
2 wрасч
.
Сечение провода определяют задавшись плотностью тока, как
указывалось ранее.
Выбрав стандартный диаметр и способ укладки провода (рядами или
насыпью), находим коэффициент заполнения kзап и площадь окна обмотки
Qоб
Qоб
wрасч d 2
4 k зап
.

31.

После этого определяем
сопротивление обмотки
R
среднюю
длину
ρ lср wрасч
q
витка
и
активное
.
Далее производят подстановку найденных значений в формулу
U 2 ( I R) 2 (4,44 f w Фм ) 2 ,
Если после подстановки полученных данных в формулу для расчета
напряжений отличие в левой и правой частях составляет более чем 10 %,
то
необходимо
варьировать
число
витков,
до
получения
удовлетворительного совпадения.
После схождения расчета R проводится проверка обмотки на нагрев.

32.

8.4 Сила тяги
электромагнита при
постоянном токе

33.

Магнитные силовые линии в воздушном
зазоре
стремятся
сократиться,
и
якорь
притягивается к сердечнику. Возникающая сила
зависит от величины электромагнитной энергии,
запасенной в воздушном зазоре. Если поле в
воздушном зазоре равномерно, то плотность
электромагнитной энергии на единицу объема
B H
W
.
2
Величина электромагнитной энергии всего воздушного зазора
определится как произведение плотности электромагнитной энергии на
объем воздушного зазора:
B H
B H
W
V
S ,
2
2
где S – сечение полюса.

34.

Если под действием силы притяжения зазор δ уменьшится на величину
Δ, то энергия объема S.Δ перейдет в механическую работу перемещения
якоря под действием силы Р
Р Wмех.
Величины электромагнитной энергии и механической работы равны
B H
Р
S .
2
Отсюда сила притяжения электромагнита
Р
B H
S.
2
Выразим напряженность магнитного поля в воздушном зазоре Н через
индукцию В
H
B
.
μ0

35.

Тогда сила тяги электромагнита
B2
Р
S.
2 μ0
Для воздушного зазора μ0 = 4.π.10-7 Гн/м.
B2
2
5
Р
S
4
В
S
10
.
7
2 4 10
Эта зависимость называется формулой Максвелла. Учитывая, что
B
Ф
S
окончательно получим
Ф2
Р 4
105.
S
Полученная формула справедлива для равномерного магнитного поля,
т.е. когда краевыми потоками можно пренебречь. Ею можно пользоваться
для определения силы тяги электромагнитов как постоянного, так и
переменного тока.

36.

Якорь по мере притягивания движется
ускорением, сила тяги всё время увеличивается.
с
Согласование тяговой характеристики с нагрузкой электромагнита
производится сопоставлением тяговой характеристики и характеристик
противодействующих пружин путём построения в одних осях тяговой
характеристики и характеристик противодействующих пружин. Такое
согласование даёт возможность сделать заключение о работоспособности
электромагнита

37.

н – начальный зазор;
к – конечный зазор;
Рп – сила противодействующей пружины;
Рпн – начальная сила;
Рп1 – пробивающая сила пружины;
Рп2 – сила контактной пружины, возникает в момент замыкания
магнитной системы и начинают действовать силы контактных пружин,
обеспечивая провал контактов.
Для нормального срабатывания электромагнита необходимо, чтобы
тяговая характеристика включений отключений всём диапазоне
изменения хода якоря проходила выше противодействующей пружины.
Для чёткого возврата, отпускания якоря, необходимо, чтобы тяговая
характеристика проходила ниже противодействующих характеристик.
Если будет общая точка, то происходит зависание электромагнита.

38.

Для ускорения срабатывания электромагнита стараются уменьшить
движение якоря. Это достигается в основном за счёт уменьшения
вихревых токов в переходном режиме. Вихревые токи создают
магнитный поток согласно закону полного тока, направленный встречно
основному магнитному потоку.
В некоторых случаях необходимо сделать замедление времени
срабатывания (реле времени). Используют все факторы, увеличивающие
время троганя и время движения якоря. Наиболее распространенное
торможение электромагнита – демпфирование при помощи
короткозамкнутых обмоток, надеваемых на полюса сердечника из
материалов с малым удельным электрическим сопротивлением.
Рассмотрим такую конструкцию.

39.

1 – якорь;
2 – сердечник;
3 – катушка;
4 – возвратная пружина;
5 – воздушный зазор;
6
–
короткозамкнутая
гильза
вокруг
магнитопровода;
6’ – корпус в котором находится сердечник.
Поток, создаваемый током, возникающим в короткозамкнутых
витках, и основной магнитный поток геометрически складываются.
Поэтому результирующий магнитный поток нарастает (спадает) более
медленно, чем это было бы без короткозамкнутых витков. Это создает
замедление, как при срабатывании, так и при отпускании якоря. При
отпускании якоря замедляющий эффект выше 8 – 12 раз, чем при
срабатывании, так как индуктивность замкнутой системы больше, чем
разомкнутой.

40.

8.5 Сила тяги
электромагнита при
переменном токе

41.

Пусть ток в цепи изменяется по синусоидальному закону
i I M sin t.
Если пренебречь потерями мощности в стали, то магнитный поток
также будет изменяться по синусоидальному закону
Ф ФM sin t.
Сила тяги электромагнита по формуле Максвелла
2
2
Ф2
Ф
sin
t 5
5
М
Р 4
10 4
10 .
S
S
Поскольку
то
sin 2 t
1 cos 2 t
,
2
2
ФМ2
Ф
5
М cos 2 t
Р 2
10 2
105 P1 P2 .
S
S

42.

2
ФМ2
Ф
5
М cos 2 t
Р 2
10 2
105 P1 P2 .
S
S
Таким образом, сила тяги электромагнита при переменном токе имеет
две составляющие: постоянную Р1 и переменную Р2, которая изменяется с
двойной частотой. Причем, амплитуда переменной составляющей равна
постоянной составляющей силы. Суммарная сила притяжения изменяется
от нуля до максимального значения, оставаясь все время положительной.

43.

В электрических аппаратах сила притяжения электромагнита, обычно
преодолевает усилие противодействующих пружин Рпр. Для притяжения
якоря необходимо, чтобы значение силы тяги было больше силы
противодействующих пружин. Из рисунка следует, что в определенные
моменты времени от t1 до t2 сила противодействующих пружин становится
больше силы тяги электромагнита, и будет происходить отрыв якоря от
сердечника. По мере нарастания силы электромагнита в момент времени
t2 снова происходит притяжение якоря. В результате якорь будет
непрерывно вибрировать с двойной частотой. Вибрация создает шум и
приводит к износу магнитной системы и контактов.
Меры по устранению вибраций:
- Создание массивного якоря.
Недостаток
этого
мероприятия
заключается в том, что увеличивается
время срабатывания электромагнитов.
- Иметь второй магнитный поток,
сдвинутый во времени на 90°. В момент
времени, когда усилие от первого
потока равно нулю, усилие от второго
потока будет максимально, и вибрации
не будет.

44.

Для
создания
второго
магнитного
потока
применяют
короткозамкнутый виток, который выполняется из проводниковых
материалов (медь, латунь), располагается непосредственно у рабочего
зазора и охватывает часть полюса электромагнита, обычно 2/3.
Общий поток электромагнита Ф разветвляется на поток Ф1, который
проходит по неохваченной витком части полюса и поток Ф2, проходящий
черев часть полюса, охваченную витком. При этом в витке индуктируется
ЭДС и возникает ток iкз. Ток короткозамкнутого витка возбуждает свой
магнитный поток Фкз, который складывается с потоком Ф2. Потоки Ф1 и Ф2
получаются сдвинутыми во времени по отношению друг к другу.

45.

Сила
тяги
электромагнита
складывается из двух составляющих Р1
и Р2, которые также сдвинуты во
времени. Благодаря сдвигу этих сил во
времени,
минимальное
значение
результирующей силы остается выше
Рпр, чем и исключается вибрация якоря.
В реальных условиях получить
потоки, а значит и усилия, сдвинутые
на 90°, практически невозможно,
обычно φ = 50 – 80°.
Чтобы избежать явления вибрации якоря, необходимо соблюдение
условия
Рмин ≥ kн . Рпр ,
где Рмин – минимальное усилие притяжения;
Рпр – противодействующее усилие пружины;
kн – коэффициент надежности, kн = 1,1 – 1,2.

46.

Сравним силу тяги электромагнита постоянного и переменного тока.
При переменном токе среднее значение силы
Рср
Рм акс
,
2
т.е. в два меньше, чем при постоянном токе. Таким образом, при равной
затрате стали электромагнит постоянного тока развивает усилие в два
раза больше, чем электромагнит переменного тока. Поэтому
электромагниты переменного тока менее экономичны.
Недостатком электромагнитов переменного тока является и вибрация
якоря.
Применение короткозамкнутого витка с целью уменьшения вибраций
приводит к снижению среднего значения силы тяги.
Магнитопровод обязательно выполняется шихтованным, т.е. выполнен
из пластин электротехнической стали, изолированных друг от друга для
снижения потерь от вихревых токов, значение которых зависит от частоты.
Электромагнитная сила зависит от частоты.

47.

При движении якоря в электромагните с уменьшением зазора
наблюдается два явления:
а) Уменьшается магнитное сопротивление;
б) Уменьшается значение тока в катушке якоря в следствие резкого
возрастания индуктивного сопротивления.
Т.е. при заданном напряжении сети в начальный момент времени
возникает большой ток вследствие малого индуктивного сопротивления
катушки, а значит большое значение НС, т.е. наблюдается форсировочная
способность электромагнита переменного тока, поэтому электромагниты
переменного тока могут работать при больших зазорах, чем
электромагниты постоянного тока.

48.

В трехфазном электромагните, если в магнитном отношении все его
три фазы симметричны и насыщение отсутствует, силы тяги, развиваемые
под каждым полюсом, равны:
Р А РМ sin 2 ω t ;
2
РВ РМ sin 2 ω t π ;
3
2
РС РМ sin 2 ω t π .
3
Результирующая сила, действующая на якорь, равна сумме этих сил:
Р Р А РВ РС
3
РМ .
2
Т.о., в трехфазном электромагните результирующая сила, действующая
на якорь, во времени не меняется. Однако вибрация якоря полностью не
устраняется. При прохождении магнитного потока в каждой фазе через
нуль сила, развиваемая этой фазой, также равна нулю. В результате точка
приложения равнодействующей силы тяги всех трех фаз перемещается по
телу якоря. Поскольку точка приложения противодействующей силы
неизменна, то из-за этого возникает вибрация якоря.

49.

8.6 Электромагниты
управления

50.

Электромагниты
являются
дистанционно
управляемыми
электрическими аппаратами и предназначены для привода электрических,
механических, пневматических и гидравлических устройств.
Электромагниты управления относятся к неремонтируемым изделиям.
Выпускаются электромагниты постоянного тока и переменного тока и
электромагниты с питанием от источников постоянного и переменного
токов.
Электромагниты переменного тока рассчитаны для работы при частоте
напряжения питания 50 или 60 Гц.
Электромагниты должны работать при напряжениях от 0,9 Uном до
1,1 Uном. Некоторые типы электромагнитов допускают изменение
напряжения в пределах от 0,85 до 1,05 Uном.
Номинальные напряжения электромагнитов управления:
постоянного тока: 12; 24; 48; 60; 110; 220; 440 В;
переменного тока:
для однофазных электромагнитов – 24; 36; 42; 60; 110; 220; 380 В;
для трехфазных электромагнитов – 220; 380; 660 В.

51.

По направленности перемещения якоря различают электромагниты:
одностороннего действия, когда якорь перемещается из начального
положения в конечное под воздействием электромагнитных (внутренних)
сил, а возвращается под действием внешних усилий;
двустороннего действия с нулевым положением, когда движения якоря
в зависимости от схемы возбуждения происходит в одном из двух
противоположных направлений относительно нулевого положения, а
возврат в нулевое положение – под действием внешних усилий;
реверсивного действия, когда движение якоря в зависимости от схемы
возбуждения происходит из одного конечного положения в другое,
исключая нулевое положение из-за отсутствия в конструкции
электромагнита возвратных пружин.

52.

8.7 Электромагнитные
муфты и тормоза

53.

Муфтами называют устройства, соединяющие отдельные сборочные
единицы (узлы машин) и передающие энергию от одной части машины к
другой.
В дисковых муфтах рабочие поверхности имеют простейшую форму.
Муфты при малых габаритах могут иметь большую поверхность трения.
Потребная сила включения невелика, так как она последовательно
осуществляет давление на все поверхности трения, а не распределяется
между ними. Применяют однодисковые и многодисковые муфты.
Электромагнитные фрикционные муфты сцепления – это муфты, в
которых сжатие трущихся поверхностей осуществляется встроенным в
муфту электромагнитом.
Подобным же образом работают фрикционные тормоза с
электромагнитным управлением.

54.

Основные достоинства электромагнитных муфт сцепления:
- удобство дистанционного и автоматического управления;
- высокое быстродействие;
- отсутствие неуравновешенных сил;
- отсутствие уплотнений, и, следовательно, большая надежность.
К недостаткам относятся:
- большие габариты при равном передаваемом моменте по сравнению
с гидроуправляемыми;
- высокие требования к точности изготовления и монтажа;
- чувствительность к загрязнению и колебаниям напряжения;
- высокое тепловыделение и опасность перегрева муфты при
продолжительном включении;
- необходимость в продолжительной паузе между включениями (до 5
минут) для остывания муфты.
Эти недостатки приводят к тому, что производители предлагают
выбирать типоразмер муфты с запасом передаваемого момента
относительно заданного. Соответственно, это приводит к росту габаритов
муфты, а, следовательно, и ее цены.

55.

На рисунке представлена фрикционная электромагнитная муфта
сцепления фирмы Lenze (Германия), соединяющая два независимых
вала. На ведущий вал 1 насажен ротор 2, вращающийся вместе с ним.
Крутящий момент передается шпонкой 3. Ротор имеет фрикционную
вставку 4, улучшающую сцепление ротора с якорем. Статор 5, включающий
в себя катушку 6, установлен на подшипнике 7 и остается неподвижным
при вращении вала. Упор статора 8 соединен с неподвижным корпусом и
компенсирует реактивный момент, не давая статору вращаться. К статору
подведены провода 9. Якорь 10 соединен с приводимой полумуфтой 11
штифтами 12 и состоит из диска 13, оттянутого от ротора возвратной
пружиной 14.

56.

Принцип работы муфты достаточно прост. При включении муфты
катушка постоянного тока генерирует магнитное поле. Электромагнитная
сила притягивает диск якоря, который преодолевает усилие возвратной
пружины и примыкает к фрикционной поверхности ротора. Благодаря
возникшей силе трения передается крутящий момент от ротора на диск
якоря, а от него ведомой полумуфте и валу. При выключении муфты
магнитное поле исчезает, и возвратная пружина отводит диск от
поверхности трения. Чаще всего муфта приводится в действие постоянным
током 24 В (возможно другое напряжение).

57.

Тормозной электромагнит служит для быстрых и небольших
перемещений
тормозных
колодок
механического
тормоза
производственного механизма.
В отличие от муфты, в электромагнитном тормозе отсутствует ротор, а
фрикционная вставка встроена в статор. При подаче напряжения диск
якоря притягивается к статору и останавливает полумуфту, а,
следовательно, и вал.

58.

Альтернативой дисковым фрикционным являются кулачковые муфты.
Кулачковая электромагнитная муфта состоит из корпуса 1, якоря 2,
ведомой полумуфты 3, контактного кольца 4, обмотки 5 и возвратного
толкателя 6. На корпусе 1 и якоре 2 выполнены торцевые кулачки
треугольного профиля.
Принцип работы аналогичен дисковым фрикционным муфтам. Однако,
крутящий момент передается не силами трения, возникающим при
прижатии диска (дисков), а торцевыми кулачками. Это позволяет
передавать большой крутящий момент при малых габаритах муфты,
существенно уменьшить время включения муфты, применять муфты при
высоких частотах вращения соединяемых валов (до 5500 мин-1).