Электрические исполнительные устройства
3.4. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
В качестве электрических ИУ используются регулируемые электродвигатели постоянного и переменного тока, а также нерегулируемые электродвигатели в сочетании с управляемыми электромагнитными муфтами. Каждый из перечисленных типов устройств обладает определенными достоинствами и недостатками, что необходимо учитывать при выборе области их применения.
Электрические двигатели постоянного тока. Рассмотрение электродвигателей как элементов системы управления проводится в предположении, что принцип их действия и конструкция известны из курсов электрических машин и элементов автоматики.
B СП применяют в основном коллекторные двигатели постоянного тока с независимым возбуждением серий МИ, ДИ, П, СЛ, СД, Д и с возбуждением от постоянного магнита серий ДПР, ДПМ, ДП, МИГ, MPM, ПЯ. Вследствие особой конструкции якоря электродвигатели серий ДПР (с полым немагнитным якорем), МИГ (с цилиндрическим гладким якорем), MPM и ПЯ (с дисковым печатным якорем), отличающиеся высоким быстродействием, находят применение в маломощных СП постоянного тока.
Особо следует выделить двигатели с дисковым якорем и печатной обмоткой серий MPM и ПЯ Как видно из рис. 23, эти двигатели выполняются не с цилиндрическим воздушным зазором, а с плоским. Ha обеих сторонах якоря 5, представляющего собой тонкий немагнитный диск, печатным способом нанесены плоские обмотки 4, соединенные между собой гальваническими заклепками 3. Поток возбуждения создается магнитами 1. Роль коллектора выполняют неизолированные участки проводников, по которым непосредственно скользят серебряно-графитовые щетки 2. Это упрощает изготовление двигателей и обеспечивает безыскровую коммутацию.
Рис. 23. Двигатель с печатной обмоткой
Получение роторных обмоток методом печатного монтажа наряду с упрощением технологии изготовления двигателей позволяет снизить момент инерции ротора. Благодаря указанному свойству эти двигатели обладают постоянными времени, на порядок меньшими, чем у двигателей обычного исполнения, и допускают ускорения до 5 · 102 м/c2.
Повышение требований к надежности и удельной мощности СП привело к созданию бесконтактных двигателей постоянного тока, характеризуемых отсутствием механических скользящих контактов. В бесконтактном двигателе (рис. 24) коммутация секций w1 — w3 обмотки, расположенной на статоре двигателя M, осуществляется транзисторными ключами VT1—VT3 коммутатора по сигналам датчика положения B ротора. В положении, указанном на рис. 24, сигнал с чувствительного элемента B1, находящегося в поле управляющего магнита (на рисунке заштрихован), жестко связанного с ротором, открывает ключ VT1. Выводы обмотки w1 оказываются подключенными к источнику питания Uу. Ток, протекающий по обмотке, создает магнитный поток, взаимодействующий с полем постоянного магнита, и ротор поворачивается по часовой стрелке. Ключ VT1 закрывается, обмотка w1 обесточивается, но одновременно появляется сигнал с элемента B2, к которому подойдет магнит, и открывается ключ VT2 и т. д.
Рис. 24. Принципиальная схема бесконтактного двигателя постоянного тока
Рассмотренный бесконтактный двигатель по принципу работы является аналогом коллекторного двигателя благодаря наличию позиционной OC, осуществляемой датчиком положения ротора. Ho применение полупроводникового коммутатора улучшает условия коммутации и открывает новые возможности построения схем управления и регулирования частоты вращения бесконтактного двигателя по сравнению с коллекторными двигателями.
Управление ИД постоянного тока осуществляется подачей регулируемого напряжения на обмотку якоря (рис. 25, а) — якорное управление или на обмотку возбуждения — полюсное управление. ИД с возбуждением от постоянного магнита имеют только якорное управление (рис. 25, б).
При полюсном управлении (рис. 25, в) на обмотку якоря постоянно подается номинальное напряжение UB от независимого источника питания. Управление частотой вращения ИД осуществляется за счет изменения напряжения управления UУ на зажимах обмотки главных полюсов. Изменение направления потока Фу в обмотке управления происходит с помощью преобразователя U, в качестве которого применяют генераторы, электромашинные усилители, реверсоры (ключевые усилители).
Ho так как при управлении по цепи возбуждения нельзя обеспечить требуемых пусковых качеств и достаточной жесткости механической характеристики в широком диапазоне регулирования, то это управление применяют редко.
Рис. 25. Схемы управления ИД постоянного тока
При управлении по цепи якоря (см. рис. 25, а) сигнал управления UУ поступает на якорную обмотку ИД с усилителя мощности, в качестве которого используют электронные, электромашинные и тиристорные усилители (рис. 26).
C помощью схемы ЭМУ—ИД (рис. 26, а) осуществляется непрерывное регулирование скорости двигателя M. Так как обмотки управления ЭМУ включены дифференциально, то при отсутствии сигнала рассогласования разностный магнитный поток управления ФУ = 0, ЭМУ не возбужден и двигатель находится в состоянии покоя. Возникновение разностного потока приводит к появлению выходного напряжения ЭМУ и вращению ИД в сторону, определяемую знаком рассогласования, со скоростью, зависящей от значения ошибки рассогласования.
Схема мостового выходного каскада на транзисторах (рис. 26, б) с включенным в диагональ ИД позволяет осуществлять как непрерывное, так и дискретное управление в зависимости от режима работы транзисторов. При непрерывном способе транзисторы работают в линейном режиме. В исходном состоянии схемы транзисторы закрыты, и якорь двигателя M обесточен. При подаче входного сигнала определенного знака открываются транзисторы противоположных плеч, например VT1 и VT4, и no цепи (+UП) — VT4 — якорь M — VT1 — (—UП) начинает протекать ток, создающий момент вращения определенного направления. При рассогласованиях противоположного знака открываются транзисторы VT2, VT3 и вращение ИД происходит в противоположную сторону. Схема применяется для управления двигателями мощностью не более 100 Вт, что обусловлено большими тепловыми потерями, связанными с непрерывным режимом работы транзисторов.
Рис 26. Схемы включения ИД постоянного тока
Импульсный метод регулирования позволяет облегчить режим работы транзисторов и повысить мощность выходного каскада до нескольких киловатт.
В этом случае рассматриваемая схема работает в режиме переключения, выдавая на ИД серию импульсов, длительность которых зависит от сигнала рассогласования. При действии импульса двигатель разгоняется, а в его отсутствие — тормозится. Вал ИД приобретает среднюю скорость, зависящую от соотношения длительностей импульса и паузы. Для устранения колебаний скорости (получения непрерывного вращения вала) частоту переключений делают как можно большей. При этом двигатель как инерционный элемент выполняет роль восстановителя непрерывного сигнала по его дискретным значениям. Импульсное регулирование обеспечивает нормальный тепловой режим работы ИД, так как он нагревается только в течение времени длительности импульса.
Мостовая схема на тиристорах (рис. 26, в) позволяет осуществлять дискретное регулирование скорости ИД при коммутации токов до нескольких сотен ампер и напряжениях до тысячи вольт.
Для обеспечения вращения ИД в одну сторону управляющие импульсы с выхода усилителя подаются на одну из тиристорных групп, например VS1 — VS6. Ток от положительной фазы напряжения питания UП замыкается через включенный в этот момент тиристор группы VS4 — VS6, якорь двигателя, тиристор группы VS1—VS3 на отрицательную фазу питающего напряжения. Регулирование частоты вращения ИД обеспечивается за счет изменения времени включения тиристоров, т. e. времени подключения двигателя к источнику питания. Реверс ИД осуществляется подачей управляющих импульсов на тиристоры VS7 — VS12 другой группы. Схемы применяют для управления ИД мощностью до 100 кВт.
Основные параметры и характеристики ИД постоянного тока. Момент, развиваемый двигателем при подаче напряжения управления, определяется током, протекающим по цепи якоря:
где сМ — коэффициент момента, Н·м/А; Iа — ток, протекающий по цепи якоря, A.
Угловую скорость якоря ИД в установившемся режиме находят из уравнения электрического равновесия
где Ra — активное сопротивление цепи якоря, Ом; E = се? — противоЭДС, B; се - коэффициент противоЭДС, В·с/рад.
Отсюда
Основными характеристиками ИД постоянного тока являются механическая M=f(U, ?) и регулировочные — по скорости ? = f(U) и по моменту M = f (U).
Выражение механической характеристики можно получить подстановкой значения Iа из (25) в (26):
Обозначив
получаем
где MП — момент пуска двигателя при ? = 0; F — коэффициент демпфирования, определяющий наклон (жесткость) механической характеристики.
Как следует из рассмотрения механических характеристик, представленных на рис. 27, с увеличением напряжения управления Uy скорость ИД возрастает (рис. 27, а), при увеличении момента нагрузки М? скорость падает (рис. 27, б), с увеличением коэффициента демпфирования F (рис. 27, в) возрастает устойчивость двигателя, так как уменьшается зависимость угловой скорости от изменения внешней нагрузки.
Рис. 27. Статические характеристики ИД постоянного тока
Механическая характеристика является обобщенной, так как зависит от двух параметров Uу и ?. Выражение регулировочной характеристики ? = f (U) может быть получено из (27):
Обозначив
и сделав замену МВР == М'Н, где М'Н = МН/i — приведенная составляющая момента нагрузки, получаем
где kД — коэффициент передачи двигателя по скорости, l/B·c. Регулировочные характеристики (рис. 27, г) смещены относительно начала координат на расстояние, определяемое моментом М?. Через начало координат характеристика проходит при отсутствии момента нагрузки на валу ИД (идеальный случай). Реально даже при отсутствии момента нагрузки всегда существует момент статического трения Мт, который определяет зону нечувствительности ИД (напряжения трогания) и оказывает влияние на статическую ошибку всего СП. Напряжение трогания
Регулировочная характеристика по моменту M = f (U) при ? = 0 представлена на рис. 27, д.
Динамические свойства двигателей. Поведение двигателя в переходных режимах, связанных с изменением угловой скорости в процессе слежения, можно описать следующей системой уравнений:
1) уравнение электрического равновесия
где L — индуктивность обмотки якоря, Гн;
2) уравнение механического равновесия в соответствии с (23), а также (19) и (20) и при учете постоянной составляющей статической нагрузки МCT = МН
3) уравнение, связывающее угол поворота вала ИД с угловой скоростью:
B оперативной форме уравнения (34)—(36) при учете выражения (24) можно представить в следующем виде:
Структурные схемы ИД постоянного тока, соответствующие полученной системе уравнений (37)—(39), изображены на рис. 28, а.
Решая совместно уравнения (37)—(39), получаем
или
где TЭ = L/Ra — электромагнитная постоянная времени, характеризующая скорость нарастания момента в заторможенном двигателе; ТМ — механическая постоянная времени, характеризующая нарастание скорости и определяемая механическими параметрами ИД:
Рис. 28. Структурные схемы ИД постоянного тока
Для двигателей с обычным зубцовым якорем ТМ = 0,03 ... 0,4 с, при полом немагнитном якоре ТМ = 0,015 ... 0,02 с, для двигателей с цилиндрическим гладким и печатным якорем ТМ = 0,005 ... 0,01 с.
Структурная схема ИД, соответствующая выражению (40), представлена на рис. 28, б.
Передаточную функцию двигателя по управляющему воздействию можно получить из выражения (40), полагая MН = 0 (рис. 29, а):
В зависимости от соотношения постоянных времени ТЭ и ТМ двигатель может быть представлен различными типовыми звеньями. C небольшой погрешностью (рис. 29, б} передаточную функцию ИД можно записать в следующем виде:
Для большинства ИД влияние индуктивности якорной обмотки на динамические свойства не является определяющим, что дает возможность пренебречь электромагнитной постоянной времени (рис. 29, в), тогда
Если в качестве выходной величины рассматривать углов ?Д поворота вала ИД, то на основании (39) двигатель можно представить последовательным соединением интегрирующего и апериодического звеньев (рис. 29, г):
Рис. 29. Представление ИД типовыми звеньями
И, наконец, при незначительных нагрузках падением напряжения можно пренебречь.
B этом случае ИД выполняет роль интегрирующего звена (рис. 29, д):
Передаточная функция двигателя по отношению к возмущающему воздействию при UУ = 0 может быть получена из (40):
Выражения передаточных функций по управляющему и возмущающему воздействиям соответствуют структурной схеме ИД (рис. 29, e), полученной эквивалентными структурными преобразованиями (см. рис. 29, б—г) исходной схемы (см. рис. 29, а).
Большой диапазон мощностей (от долей ватт до десятков киловатт), линейность статических характеристик, плавность работы наряду с высокими динамическими характеристиками послужили причиной широкого использования ИД постоянного тока в качестве исполнительных устройств СП. Главный недостаток двигателей постоянного тока обусловлен наличием коллектора и щеток, создающих момент трения, что снижает надежность работы в условиях повышенной влажности, усложняет техническое обслуживание и повышает уровень шума при работе.
Электрические двигатели переменного тока. Из числа двигателей переменного тока для работы в СП наиболее пригодны малоинерционные асинхронные двигатели с хорошими регулировочными характеристиками. Широкое применение находят двухфазные двигатели типа ДИД, АД, АДП, малогабаритные типа ДМ, а также двигатели-генераторы типа ДГ, АДТ, ДГМ.
Такие преимущества, как отсутствие коллектора и щеток, малый момент инерции, простота управления и согласования с усилителями переменного тока, делают асинхронные двигатели незаменимыми в быстродействующих СП, а также приводах, работающих во взрывоопасных условиях, в которых трудно проводить профилактические работы. Малые размеры двигателей дают возможность использовать их в устройствах, к которым предъявляются жесткие требования по размерам и массе. Кроме того, эти двигатели самые простые и экономичные.
Однако распространение асинхронных двигателей ограничено их низким КПД и малой мощностью (до 100 ... 150 Вт), так как дальнейшее увеличение мощности влечет за собой значительный рост размеров и требует интенсивного охлаждения.
Рассмотрим принцип работы асинхронного двигателя. В одну из обмоток статора включен конденсатор, создающий необходимый для работы двигателя сдвиг фаз в 90° между токами в обмотках управления и возбуждения. Образуемое при этом вращающееся магнитное поле взаимодействует с вихревыми токами, индуцируемыми в немагнитном роторе, и создает момент вращения
где k — коэффициент пропорциональности; UB, Uу — напряжения возбуждения и управления, B; ? — угол сдвига фаз между напряжениями.
При отсутствии нагрузки ротор вращается синхронно с полем. При наличии момента нагрузки появляется отставание, поэтому двигатель и называется асинхронным.
Различают методы непрерывного и дискретного управления частотой вращения асинхронного ИД. Непрерывное управление частотой достигается изменением амплитуды управляющего напряжения, дискретное — изменением времени подключения обмоток ИД к источнику питания.
Непрерывный метод управления может быть реализован с помощью схем с использованием электронных усилителей переменного тока. Схема регулирования асинхронного двигателя с помощью транзисторного усилителя, выполненного на транзисторах VT1 и VT2, показана на рис. 30, а. При отсутствии входного сигнала ,no первичным обмоткам трансформатора T2 протекают начальные коллекторные токи, создающие эффект компенсации в нагрузке, в результате чего двигатель находится в состоянии покоя. При подаче входного сигнала Uу, поступающего на базы транзисторов в противофазе, коллекторный ток одного транзистора возрастает, а другого уменьшается. В сердечнике T появляется разностный магнитный поток определенного направления, а в выходной обмотке — напряжение соответствующей фазы. Двигатель начинает вращаться с частотой, определяемой амплитудой входного сигнала. Для реверса ИД фазу входного сигнала следует изменить на 180°.
Дискретный метод управления асинхронным ИД можно пояснить с помощью схемы управления на тиристорах (рис. 30, б). В обмотку управления двигателя M включены встречно-параллельно два тиристора VS1, VS2, на управляющие электроды которых со схемы управления поступают импульсы.
При отсутствии сигнала рассогласования тиристоры закрыты и обмотка управления ИД обесточена. При наличии сигнала ошибки на тиристоры поступают импульсы, сдвинутые по фазе относительно напряжения питания UП на угол, зависящий от степени рассогласования. В результате проводящий тиристор, например VS1, будет открыт не все время, равное половине периода, а только часть его, и обмотка управления ИД на такое же время будет подключена к источнику питания. Во второй полупериод открывается тиристор VS2, и по обмотке управления протекает импульс тока обратной полярности. Средний за период ток зависит от ширины импульсов (фазового сдвига импульсов) и в конечном счете от ошибки рассогласования. Частота вращения ИД при этом будет плавно меняться. Реверс ИД осуществляется одновременной сменой фазы входного сигнала и подачей разрешающего импульса па тиристор VS2.
Рис. 30. Схемы управления асинхронным двигателем
В настоящее время разработаны силовые СП, в которых используются трехфазные асинхронные двигатели с тиристорным управлением.
Другим примером дискретного управления может служить управление с помощью мостового выходного каскада на транзисторах в ключевом режиме (рис. 30, в). Два нижних плеча моста образованы входными транзисторами VT1, VT6. Два верхних плеча образованы силовыми транзисторами VT3, VT4 и дополнительными VT2, VT5, имеющими проводимость, обратную проводимости транзисторов нижней половины моста. Коллекторная нагрузка каждого из управляющих транзисторов выполнена из резисторного делителя R1, R2 (R5, R6), к средней точке которого подключена база дополнительного транзистора VT2 (VT5). Коллектор транзистора VT2 (VT5) подключен к базе силового транзистора VT3 (VT4) непосредственно и через резистор R3 (R4) к коллектору другого силового транзистора VT4 (VT3).
Рис. 31. Статические характеристики асинхронного ИД
Источник питания UП включен в диагональ моста, в другую диагональ включены нагрузка в виде обмотки управления ИД и два диода VD1 и VD4, предназначенные для обеспечения режима работы каскада.
Управление мостом осуществляется двуполярными импульсами, поступающими в противофазе на базы транзисторов VT1, VT6, например, отрицательный импульс — на базу VT1 и положительный импульс — на базу VT6. Транзисторы VT1, VT2, VT4 на время действия импульса открыты, а транзисторы VT3, VT5 и VT6 закрыты. По цепи (+UП) — VT1-VD1 — обмотка управления — VT4 — (—UП) течет ток, и двигатель начинает вращаться в определенную сторону. В другой полупериод меняется полярность импульсов, открываются транзисторы VT3, VT5, VT6, а транзисторы VT1, VT2, VT4 закрываются. Ток через нагрузку потечет в обратном направлении по цепи ( + UП) — VT6—VD4 — обмотка управления — VT3— (—UП). При этом направление вращения ИД останется прежним, так как одновременно сменится фаза напряжения возбуждения. Частота вращения ИД будет зависеть от ширины импульсов управления или значения ошибки рассогласования. Знак сигнала рассогласования определяет фазу управляющих импульсов и направление вращения ИД.
Статическими характеристиками асинхронного двигателя, как и двигателя постоянного тока, являются механические M = f (?) (рис. 31, а) и регулировочные M = f (Uy), ? = f(Uу) (рис. 31, б, в) характеристики. B момент включения ИД благодаря применению фазосдвигающего конденсатора угол ? = 90°, и пусковой момент согласно (48) с учетом постоянства напряжения возбуждения будет
где cM.П. = kUB — коэффициент передачи по моменту, Н·м/В. Из (49) следует
Здесь МП.HOM — номинальный пусковой момент; UУ.Н.НОМ — номинальное напряжение управления.
Зависимость M = f(Uу) называется нагрузочной характеристикой. В общем виде статические характеристики асинхронного двигателя нелинейны, но с некоторыми допущениями их можно заменить приближенными линейными зависимостями. Полагая механические характеристики линейными и параллельными, зависимость между угловой скоростью ИД и моментом вращения можно выразить линейным уравнением
или
Коэффициент демпфирования определим из (52) при условии
Уравнение регулировочной характеристики может быть получено из выражения (51) при условии МВР = 0:
Обозначая kД = сМ.П./F, где kД — коэффициент передачи ИД по скорости, получаем
В динамическом режиме асинхронный двигатель с учетом допущенной линеаризации описывается теми же дифференциальными уравнениями (37)—(39), что и двигатель постоянного тока. При исследовании уравнений и выводе выражения передаточной функции член, содержащий p2, без значительных погрешностей может быть отброшен и тогда
Механическая постоянная ТМ асинхронных ИД, как правило, указывается в паспортных данных. B противном случае ее можно определить по параметрам двигателя и нагрузки:
где
Рис. 32. Электромагнитная порошковая муфта
Следует иметь в виду, что на ИД переменного тока поступает управляющий сигнал, модулированный по амплитуде и содержащий полезную информацию в огибающей, на которую и реагирует двигатель. Поэтому передаточную функцию асинхронного ИД определяют по огибающей управляющего сигнала.
Электромагнитные муфты. В отличие от электродвигателей электромагнитные муфты вращающего момента не создают и являются передаточным звеном между нерегулируемым приводным двигателем и нагрузкой. Конструктивно они состоят из ведущей части, связанной с двигателем, и ведомой, связанной с нагрузкой. По типу связи между обеими частями муфты делят на муфты с механической связью и электромагнитной (за счет поля).
Согласно ГОСТ 18306—72 муфтой с механической связью называется устройство, в котором вращающий момент, создаваемый приводным двигателем, передается от ведущей части к ведомой за счет механического трения или путем зацепления, управляемого магнитным полем электромагнита муфты.
По принципу работы электромагнитные муфты с механической связью делят на фрикционные (ЭФМ) и порошковые (ЭПМ). В ЭФМ передача момента происходит за счет механического трения дисков, которые притягиваются при подаче управляющего сигнала, в ЭПМ — за счет сцепления ферромагнитного порошка в управляемом поле.
Наибольшее применение в СП нашли порошковые муфты благодаря хорошим регулировочным свойствам и высокому быстродействию.
Они универсальны, с их помощью можно осуществлять как непрерывное, так и дискретное регулирование момента.
По исполнению муфты бывают контактные и бесконтактные. Одна из конструкций бесконтактной муфты показана на рис. 32, а. Магнитная система состоит из элемента 1, являющегося ведущей частью муфты, элемента 6, образующего ведомую часть, и обмотки 3, размещенной в кольцевом пазу неподвижного катушкодержателя 2. Двойной зазор 4 и 5 заполнен ферромагнитным порошком — исполнительным органом ЭПМ, непосредственно осуществляющим силовую связь между ведущей и ведомой частями.
Ведомая часть выполнена в виде стакана и имеет малый момент инерции. Ведущую часть, вращающуюся с постоянной скоростью вместе с валом приводного двигателя, наоборот, делают больших размеров и массы. Это способствует запасу механической энергии от двигателя, ускорению процессов разгона и торможения, т. e. безынерционности самой муфты.
При отсутствии сигнала управления магнитный порошок находится в свободном состоянии, сцепление отсутствует и вращение не передается. При подаче в обмотку электромагнита сигнала управления возникает поток управления Фу. Под действием потока порошок намагничивается и затвердевает, создавая между ведущей и ведомой частями момент сцепления M = сФФу, где сФ — коэффициент пропорциональности. Ведомая часть начинает вращаться, причем передаваемый момент зависит от тока управления.
Осуществить реверс нагрузки с помощью рассмотренной муфты нельзя, так как в качестве приводного двигателя, как было отмечено ранее, применяется нерегулируемый двигатель. Для обеспечения реверса нагрузки H служит блок двух параллельно соединенных муфт 1, 2 (рис. 32, б), связанных с приводным двигателем M с помощью зубчатой передачи 3 таким образом, что ведущие части этих муфт вращаются в противоположные стороны. Для управления обмотки обеих муфт включают по дифференциальной схеме как нагрузку выходного каскада усилителя, собранного на транзисторах VT1, VT2 и работающего в линейном или ключевом режиме в зависимости от избранного метода регулирования скорости ИУ.
При отсутствии сигнала рассогласования и непрерывном регулировании начальные (нулевые) токи, протекающие в обмотках муфт, создают равные, но противоположно направленные моменты вращения, приложенные к выходному палу ИУ. B результате
Свойства муфты в статическом режиме определяются моментной M = f(Uy) и механической ? = f(M) характеристиками. Моментная (регулировочная) характеристика реверсивной муфты, показанная на рис. 33, а сплошной линией, является разностью характеристик (штриховые линии) двух нереверсивных муфт. Характеристика каждой муфты нелинейна, но за счет дифференциальной схемы включения при токе управления Iу = I1 — I2 = 0 момент M = M1 — M2 тоже равен нулю, а при изменении тока управления он будет возрастать практически линейно:
Рис. 33. Моментная и механическая характеристики ЭПМ
или
где kMI и kMU = kMI /Rу— коэффициенты ЭПМ по моменту; Rу — сопротивление обмотки управления.
Ведомая часть синхронно вращается с ведущей. При нагружении ЭПМ моментом, больше момента муфты, между ведущей и ведомой частями появляется скольжение, определяемое зависимостью
где ?1 — угловая скорость ведущей части; ? 2 — угловая скорость выходного вала ведомой части.
Момент, развиваемый ЭПМ при скольжении, меньше передаваемого момента и называется моментом вращения. При ?2 ? ?1 ЭПМ является нагрузкой для приводного двигателя и источником мощности для приводимого механизма. При ?1 = ?2 муфта является пассивным соединительным механизмом. Скорость можно регулировать только путем изменения скольжения S.
Скольжение сопровождается выделением большого количества теплоты. Для повышения теплопроводности муфты и предотвращения разрушения ферромагнитного порошка в него добавляют минеральные масла, керосин, графит, увеличивающие вязкость смеси.
Как следует из рассмотрения механической характеристики ? = f (M) (рис. 33, б), угловая скорость ?2 выходного вала ЭПМ не зависит от момента нагрузки при работе муфты без скольжения.
При некотором значении момента нагрузки происходит мгновенное расцепление ведущей и ведомой частей. Чем больше сигнал управления, тем при большем значении момента нагрузки произойдет расцепление муфты.
Для вывода передаточной функции блока муфт воспользуемся уравнением механического равновесия (35), приведя все параметры к выходному валу ЭПМ:
где J' = JB + JM/i2 — приведенный к выходному валу момент инерции; JM — момент инерции муфт; M1—M2 — момент, передаваемый муфтой; i — передаточное число редуктора от ведомой части ЭПМ к нагрузке; МН — момент сил сопротивления на выходном валу муфт.
Подставляя значение передаваемого момента из (58) в (59) и принимая для упрощения МН = 0, получаем
откуда передаточная функция блока муфт
где
Передаточная функция муфт относительно угла поворота
Если учесть скорость нарастания суммарного магнитного потока Ф в рабочем зазоре, зависящую от постоянной времени Та, то передаточная функция муфты,
где TЭ = Ly/Ry, Ly, Ry — индуктивность и сопротивление обмотки управления.
K преимуществам ЭПМ следует отнести:
высокое значение отношения вращающего момента к моменту инерции ведомой части муфты, что обеспечивает большие ускорения — до 100·103 рад/с2 (у двигателей постоянного тока такой же мощности — до 20·103 рад/с2);
Недостатками муфт являются:
Назад | Содержание
| Вперед
