Материал: Конспект лекций по курсу Электрические и электронные аппараты. Гуляев А.А., Королев Н.И

96

c - относительная проницаемость смеси; 0 - проницаемость вакуума;

R – радиус кольца;

L – длина муфты;

Fтр.уд. - удельное усилие, создаваемое магнитным потоком.

Коэффициент управления порошковой муфты (отношение передаваемой мощности к мощности электромагнита) значительно увеличен из-за резкого увеличения проводимости воздушного зазора, заполненного смесью (что позволяет уменьшить необходимую МДС обмотки).

Если положить, что магнитное сопротивление кольца и электромагнита равно нулю и с=const, то

где Iw – М.Д.С. электромагнита.

В действительности из-за насыщения магнитной цепи при больших МДС

М=f(I) близка к линейной, а не квадратичной (рисунок 18.5).

Характеристики муфты в статическом режиме

В первом квадранте: механическая характеристика и нагрузки в функции частоты вращения. Во втором: зависимость момента, передаваемого муфтой, от

тока возбуждения. Если I<I1, момент, передаваемый муфтой, меньше момента нагрузки (при w2=0) и ведомый вал неподвижен. При Ix>1 муфта развивает момент Мa и w2 (скорость двигателя при этом w1). Мощность, отдаваемая двигателем Рд=Мaw, а мощность, передаваемая в нагрузку Рн=Мaw2. Потери мощности равны их разности и пропорциональны заштрихованной части. Они наряду с мощностью в обмотке определяют температурный режим муфты. При I2 - жесткое соединение, w=wmax , М= Мmax, а потери Рп=0.

Для расчета температуры муфты определяют Рп,max, сопоставляя ее с охлаждающей поверхностью таким образом, чтобы ее температура не

превосходила пред=80-1200С, т.е. из условия

где Кн- коэффициент муфты.

При работе муфты на зерна кроме электромагнитных сил Fэм действуют центробежные силы Fц , пропорциональные квадрату угловой скорости. Для оценки влияния Fц вводится коэффициент управления Ку=Fц/Fэм, который увеличивается с ростом R, и уменьшается с ростом В. Даже при очень больших В=1,8 Тл Ку достигает 0,4, если частота вращения 3000 об/мин, а затем приближается к 1 и муфта теряет управление.

97

Поэтому эти муфты применяются только на частоты вращения до 3000 об/мин.

По сравнению с фрикционными ферропорошковые муфты имеют в 10 раз большее быстродействие (т.к. нет подвижного якоря). Изменение момента во

времени для линейной части характеристики М(i) определяется законом роста тока. Поэтому в схемах автоматики порошковая муфта является инерционным звеном первого порядка. Преимуществом является отсутствие изнашивающихся дисков (но абразивная пыль).

Порошковые муфты применяются для получения высокого быстродействия, большой частоты вращения, плавного регулирования скорости.

Гистерезисные муфты.

Выполняются в виде индуктора с постоянными магнитами или электромагнитами. Электромагнитный вариант дает возможность управления муфтой, но имеет существенный недостаток – наличие контактных колец. Муфты с постоянными магнитами обладают высокой надежностью, но регулирование передаваемого момента затруднено. Конструкция муфты с постоянными магнитами приведена на рисунке 18.6. Постоянные магниты укреплены в магнитопроводе, связанным с ведущим валом. На оси ведомого вала размещены кольца из материала, имеющего большие потери на гистерезис (активный слой). Шихтованная структура активного слоя устраняет вихревые токи и возникающий асинхронный вращающий момент. Взаимодействие магнитов с магнитами, возникающими в гистерезисном слое, создает

вращающий момент, передаваемый муфтой Мг .

где Pг – удельные потери от гистерезиса за один цикл;

f1=pw1/2- частота перемагничивания, зависящая от частоты вращения приводного двигателя w, и числа пар полюсов муфты р;

Vг – объем активного слоя.

Таким образом, момент, развиваемый муфтой, не зависит от частоты

вращения. Если момент нагрузки Мн MГ, то скорость ведомой части увеличится до скорости ведомого вала. В этом режиме можно считать, что активный слой становится постоянным магнитом, вращающимся синхронно с полем.

При Мн MГ, муфта переходит в асинхронный режим. На рисунке изображена зависимость скольжения гистерезисной муфты от момента нагрузки. При ММ ведомый вал вращается с синхронной скоростью (s=0, кривая 1). Если момент нагрузки превысит гистерезисный момент, то ведомый вал вращается со скольжением (кривая 2), однако, момент, передаваемый муфтой, остается постоянным, равным MГ. Если активный слой выполнен цельнометаллическим, то, кроме MГ, появляется асинхронный момент Mа

98

(кривая 3), который пропорционален скольжению М=MГ+Mа maxs. При этом момент, передаваемый муфтой, возрастает, но становится зависимым от скорости ведомого вала, рисунок 18.7.

Большим достоинством муфты с шихтованным активным слоем является постоянство передаваемого момента, при изменении нагрузки Mн (поломки механизма, неполадки) на уровне Mг. Т.о. гистерезисная муфта защищает двигатель от перегрузок. Постоянный момент муфты обеспечивает быстрый разгон нагрузки.

Гистерезисная муфта удобна и для быстрой остановки привода. Здесь ведомая часть делается неподвижной и для торможения двигатель отключается, а включается электромагнитный индуктор муфты. Постоянный тормозной момент муфты обеспечивает быструю остановку механизма. Гистерезисные муфты широко применяются также в тех случаях, когда необходимо передать момент в среду с агрессивным веществом, находящимся под высоким давлением. В этом случае применяются муфты с аксиальным рабочим зазором. Ведущая часть с индуктором отделена не магнитной стенкой от ведомой части с активным слоем в виде колец.

99

19 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

Для схем автоматики применяется “память”, “время” и др. Память – выполняется на триггерах (рисунок 19.1).

Для двух выходов: один находится всегда в состоянии 0, а другой – 1. При подаче сигнала на А на выходе Q появляется 1, а на выходе Q – 0. Эта информация будет сохраняться до тех пор, пока не будет подан сигнал на вход В. Вторичная подача сигнала на А не меняет состояние триггера. Входы А и В могут быть объединены. Тогда при подаче первого импульса триггер запоминает информацию, а при подаче второго - возвращается в исходное состояние. Это триггер со счетным входом (рисунок 19.1).

Перед рассмотрением работы триггера рассмотрим работу потенциальноимпульсной ячейки (рисунок 19.2а).

При подаче 1 на вход 1 на выходе 4 появляется импульс, равный заряду iзарR1; D - закрыт, а на выходе 3 сигнал отсутствует. После снятия сигнала с выхода 1 С разряжается на R. D - открывается и на выходе 3 появляется положительный импульс. Т.е. такая ячейка служит для превращения длительных сигналов 0-1 в соответствующие импульсы.

Триггер (рисунок 19.2б) работает так: пусть Т1 открыт, а Т2 закрыт, тогда на 8-1, а на 7-0. При большой отрицательный потенциал с коллектора Т2

подается через R3 на базу Т1 и обеспечивает его надежное открытие. Т.к. Т1 открыт, то за счет +Uсм (через R7, R4, T1) создается положительный потенциал на базе Т2, обеспечивающий его надежное закрытие. Т.к. к катоду D2 приложен “+”, а к аноду “-“ (через R8, R10), то D2 закрыт. К катоду D1 приложен “-“, а к аноду 0, т.е. D1 открыт. При подаче 1 на входе 1 происходит заряд С1 через R5, T1 (полярность указана на рисунке 19.2б). Однако на базу Т1 сигнал не поступает (рисунок 19.2а). После подачи 0 на вход нижняя обкладка С1, соединяется с нулевой шиной, а верхняя, имеющая положительный потенциал подается на базу Т1 , и он закрывается. При этом отрицательный потенциал с коллектора Т1 подается на базу Т2 и он открывается. При этом D1 закрывается, а D2 открывается. Т.к. D1 закрыт, то при повторной подаче сигнала на вход 1 Тр не меняет своего состояния. Если же теперь подать и снять сигнал на вход 2, то Т2 закроется, а Т1 откроется и Тр. вернется в исходное состояние. Наличие D1 и D2 обеспечивает нормальную работу при объединении входов 1 и 2. При первом сигнале закрывается Т1, а при втором Т2. R3=R4=R1=R2 - небольшой величины, что обеспечивает стабильность параметров триггера.

Т.к. после подачи команды на вход идет заряд С1 через R5, то число срабатываний триггера на одну секунду не превышает 5000. Для повышения частоты срабатывания до 15000, R5, R8 шунтируют диодами D4, D5.

Элемент времени.

Простейший элемент времени – RС- цепочка Т-301. Для создания больших выдержек служит элемент Т-303 (рисунок 19.3).

100

При отсутствии сигнала на входе Т находится в насыщенном состоянии, т.к. к его базе приложен – Uк через R7. Т.к. Т1 закрыт, то – Uк приложен и к

базе Т3 (через R5, R13, R14). Т3 насыщен и на выходе – 0. С1 заряжается до Uк (т.к. R5<<R13+R14) с указанной на рисунке 19.3. Полярностью. Т3 выполняет

роль элемента ИЛИ - НЕ с двумя резисторными входами R9 и R13+R14.

При подаче на вход сигнала Т1 открывается, происходит перезарядка С1 на обратную полярность (показано в скобках). Эта перезарядка идет от + к – по отношению к базе Т2 по закону:

t

где Т=С1*R7.

Через 0,7Т потенциал базы падает до нуля, а затем до –Uк. Под воздействием +Uб2 Т2 запирается и находится в запертом состоянии до тех пор, пока Uб2 не станет равным нулю. В это время Т3 находится в насыщении за счет iб3 (определяется R8, R9).

После открытия Т2, Т3 запирается +Uсм. На выходе появляется сигнал, который будет держаться до тез пор, пока есть сигнал на входах 1, 2, 3. После снятия входного сигнала Т1 закрывается + Uсм, следовательно, открывается Т3 (через R13, R14) и выходной сигнал пропадает. С1 заряжается через R.5 Т.к. R5<R7, то время заряда С1 значительно меньше времени выдержки. Для правильной работы повторный импульс на вход следует подавать не ранее, чем через (3 - 4)R5С1=(3-4)Т3. В противном случае С1 не будет успевать заряжаться до Uк.

В полной схеме Т-303 для увеличения Ку вместо одного Т2 используются два транзистора, при этом выдержка времени от 1 до 10с (R7<150кОм). Для получения большей выдержки (до 100с) применяются Т-304.

Если Т2 находится в насыщении, то при подаче входного сигнала возможен случай, когда Т1 откроется раньше, чем закроется Т2. При этом на выходе схемы может появиться напряжение – т.е. ложный сигнал. Конденсатор С2 предотвращает появление такого ложного сигнала.

Свойством долговременного запоминания логической информации обладают и ферромагнитные сердечники с прямоугольной петлей гистерезиса. Запоминающее устройство выполняют в виде матрицы, состоящей из отдельных ячеек. Каждая ячейка, запоминающая один бит информации, представляет собой тороидальный сердечник с несколькими одновитковыми обмотками в виде шин, которые пронизывают сердечник (рисунок 19.4а). Это упрощает технологию изготовления и позволяет создать запоминающие устройства из нескольких тысяч сердечников. Для выделения конкретного сердечника из массива всей матрицы используют две шины, расположенные во взаимно перпендикулярных направлениях X,Y. Эти же шины служат одновременно и для фиксации сердечников на плате. Каждый элемент памяти должен быть задан номером строки – Х и столбца – Y, т.е. выбором