4.9. Тяговые электромагниты и электромагнитные муфты

В ряде случаев исполнительное устройство систем автоматики должно перемещаться, создавая при этом тяговое усилие. К таким устройствам относятся различные клапаны, защелки, задвижки и др. Для привода подобных устройств целесообразно использовать тяговые электромагниты. Типичная конструкция тягового электромагнита показана на рис. 4.11. Характерной особенностью ее является то, что обмотка 1 окружена магнитопроводом как внутри, так и снаружи. Магнитопровод состоит из сердечника 2, корпуса 4, «воротничка» 5 и якоря 6, медной гильзы 7, обеспечивающей немагнитный зазор, исключающей залипания якоря в притянутом состоянии. Такая конструкция магнитопровода называется броневой. Она обеспечивает наименьшее магнитное сопротивление магнитному потоку , практически исключая потоки рассеяния. Кроме того, сечение магнитопровода по всей длине магнитной линии выполняется приблизительно одного сечения.

В обесточенном состоянии якорь над действием спиральной пружины 3 занимает крайнее правое положение. Воздушный зазор  обычно составляет несколько миллиметров. Под действием тока  якорь притягивается к сердечнику, приводя в движение связанное с ним устройство. Тяговое усилие достигает нескольких десятков ньютонов. Время срабатывания от 20 до 100 мс.

Электромагнитные муфты применяются для быстрого дистанционного включения и выключения, а также реверса приводного механизма в устройствах автоматики, иногда для регулирования частоты вращения. Выпускаются на мощности от нескольких ватт для устройств автоматики и до нескольких тысяч киловатт для привода прокатных станов, металлорежущих станков и др.

Принцип действия основан на передаче момента вращения от ведущего вала к ведомому. В зависимости от способа передачи вращающего момента муфты могут быть: фрикционные сухого трения, ферропорошковые магнитоэмульсионные, индукционные муфты скольжения.

Фрикционные муфты небольшой мощности обычно однодисковые (рис. 4.12, а). Сила трения развивается на стыке соприкасающихся половинок муфты, одна из которых 1 может перемещаться вдоль ведомого вала 2 на скользящей шпонке, а другая полумуфта 3 неподвижно закреплена на ведущем валу 4. Половинки муфт, одна из которых 3 служит сердечником, а другая 2 – якорем, прижимаются друг к другу при подаче

тока в обмотку 5. В этой конструкции корпус муфты и обмотка не вращаются и нет необходимости в контактных кольцах для подвода тока к обмотке. Недостатки ее – наличие двух воздушных зазоров на пути магнитного потока, малый вращающий момент и большие размеры.

Для передачи больших моментов используются многодисковые фрикционные муфты (рис.



4.12, б).

Рис. 4.12. Фрикционные муфты

Стальные диски 1 имеют некоторую свободу перемещения вдоль оси в пазах вала 2 и корпуса 3 ведомой части муфты. При подаче тока в обмотку 5 якорь 4 сжимает диски и сила трения, развивающаяся на их поверхности, передает вращающий момент. Обмотка муфты этого типа вращается, и для подвода тока необходимы контактные кольца.

Вращающий момент в муфте этого вида:

,

где  – усилие сжатия;  – коэффициент трения;  – средний диаметр дисков;  – число дисков.

Порошковые муфты в простейшем случае состоят из двух дисков 1 и 2 (рис. 4.13, а) или цилиндра 1 и стакана 2 (рис. 4.13, б), в зазоре между которыми с помощью обмотки 3 создается магнитное поле. Зазор заполняется смесью порошка железа или пермаллоя с размером зерен (2-8) мкм и смазывающего вещества – тальк, графит, масло, керосин, окись молибдена и др. Под воздействием магнитного поля заполняющий зазор магнитодиэлектрика переходит в желеобразное состояние, образуя своеобразные цепочки элементарных магнитов (рис. 4.13, в), которые создают тангенциальное усилие и передают вращение от одной половины муфты к другой.

Рис. 4.13. Порошковые муфты

При выключении тока, или при значительном противодействующем моменте, муфта проскальзывает, исключая тем самым поломки при перегрузках. При уменьшении величины тока за счет проскальзывания муфты можно менять частоту вращения ведомого вала. Механическая характеристика – мягкая.

Недостаток этих муфт – необходимость надежного лабиринтового уплотнения для предотвращения утечки магнитодиэлектрика под действием центробежных сил. Обычные скорости вращения 1500-2000 об/мин. При больших скоростях до 10000 об/мин центробежные силы спрессовывают магнитодиэлектрик. Кроме того, необходимо менять магнитодиэлектрик через каждые 400-500 ч работы.

Достоинство этих муфт – высокое быстродействие.

Индукционные муфты. Применяются для «гибкого» сцепления валов. С их помощью возможно плавное регулирование частоты вращения, плавный пуск, ограничение вращающего момента и торможение. По принципу работы они подобны асинхронному двигателю: индуктор с обмотками возбуждения жестко связан с ведущим валом и создает постоянное магнитное поле. Ротор жестко связан с ведомым валом и представляет собой стальной или медный диск или цилиндрический стакан, охватывающий индуктор.

При вращении индуктора в роторе индуктируются токи, взаимодействие которых с полем индуктора создает вращающий момент. Конструктивное исполнение может быть самым разнообразным.