ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ МАГНИТНЫХ СИСΤΕΜ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МУФТ
Уравнение вращающего момента (4.24) описывает естественную механическую характеристику муфты, т. е. зависимость момента от скольжения при постоянном токе возбуждения и Bm0=const. При этом входящие в уравнение параметры магнитной системы по-разному влияют на момент. Одни параметры не имеют оптимальных значений, и с их изменением происходит монотонное изменение момента, другие имеют оптимальное значение, при котором момент максимален.
Активный диаметр якоря муфты оказывает большое влияние на вращающий момент, однако степень этого влияния существенно зависит от скольжения, что приводит к изменению формы механической характеристики.
С увеличением диаметра числитель выражения (4.24) меняется пропорционально диаметру в третьей степени, а знаменатель при малых скольжениях уменьшается, а при больших — возрастает. Приравнивая знаменатели выражения (4.24) при диаметрах D1 и D2, найдем скольжение, При котором знаменатель остается неизменным:
(4.25)
При данном скольжении вращающий момент пропорционален диаметру якоря в третьей степени. С уменьшением скольжения (s<sd) степень зависимости момента от диаметра возрастает, с увеличением (s>sd) —снижается.
Выражение (4.25) получено из условий постоянства всех остальных параметров магнитной системы. В реальных условиях с увеличением диаметра обычно увеличивают длину зубцов-полюсов 1z и их количество z. Если принять D/lz=const и kT=const, то скольжение Sd уменьшится, а формула (4.25) примет вид
(4.26)
Так как длина iz пропорциональна диаметру D, то при данном скольжении момент пропорционален четвертой степени диаметра.
Условие постоянства полюсного деления (D/z=const и kT=const) приводит к изменению в функции диаметра лишь второго слагаемого знаменателя формулы (4.23), вследствие чего скольжение sD уменьшается до нуля. Тогда лишь при s→0 зависимость момента от диаметра приближается к кубической, а с ростом скольжения влияние диаметра на момент уменьшается.
На рис. 44,а показан характер влияния диаметра якоря на форму механической характеристики муфты. Во всех рассмотренных случаях характер изменения механических характеристик муфт сохраняется и с ростом диаметра их форма приближается к экскаваторной.
Активная длина якоря l, определяемая длиной зубцов 1z, изменяет числитель выражения (4.24) и влияет на коэффициент kT, входящий в знаменатель, поскольку для индукторных муфт с двумя рядами зубцов, а для муфт с одним рядом зубцов и переменнополюсных lz=l. Так как с ростом l коэффициент kт уменьшается, то вращающий момент увеличивается быстрее активной длины. В отличие от диаметра влияние длины якоря на момент не зависит от скольжения, вследствие чего форма -механической характеристики муфты сохраняется. Характер влияния активной длины якоря на механическую характеристику муфты показан на рис. 4.4,б.
Количество зубцов-полюсов индуктора оказывает большое влияние на форму механической характеристики муфты.
Рис. 4.4. Влияние параметров магнитных систем на форму механических характеристик муфт
Формула (4.27) может иметь практическое значение. Если нужно изменить форму механической характеристики муфты, имеющей число зубцов, сохранив значение номинального момента, то, подставив в формулу (4.27) вместо s номинальное скольжение можно найти число зубцов при котором требуемое условие будет выполнено. Влияние числа зубцов на форму механической характеристики муфты показано на рис. 4.4,в. Как видно из приведенных кривых, уменьшение числа зубцов приближает форму механической характеристики к экскаваторной. Для каждого значения скольжения существует оптимальное число зубцов, при котором момент имеет большее значение, чем при других числах зубцов-полюсов. С уменьшением скольжения оптимальное число зубцов уменьшается.
Из (4.24) следует, что влияние удельного сопротивления материала якоря на момент наиболее сильно проявляется при малых скольжениях, и с ростом скольжения уменьшается, в связи с чем изменяется форма механической характеристики. На рис. 4.4,а показан характер влияния удельного сопротивления материала якоря-на механическую характеристику муфты. Подобное влияние можно наблюдать на практике при нагреве муфты, вызывающем увеличение удельного сопротивления материала якоря. В этом случае необходимо учитывать тепловое изменение воздушного зазора муфты, влияющее на индукцию.
При внутреннем якоре с повышением его температуры зазор уменьшается, а индукция возрастает, компенсируя увеличение удельного сопротивления или даже превышая влияние последнего. При внешнем якоре его нагрев вызывает увеличение зазора, вследствие чего момент снижается под действием двух факторов. В бесконтактных муфтах, имеющих дополнительные нерабочие воздушные зазоры, тепловое изменение последних может вызывать увеличение или уменьшение влияния температуры на момент. Однако во всех случаях независимо от момента и его знака при нагреве форма механической характеристики меняется, как показано на рис. 4.4,г.
Магнитная проницаемость материала якоря влияет на момент и форму механической характеристики (рис. 4.4,д). Это влияние возрастает с ростом скольжения. С изменением тока возбуждения муфты в индукции на рабочей поверхности якоря магнитная проницаемость активного слоя якоря также изменяется, вызывая некоторое изменение формы характеристики, которое обычно бывает малозаметным. Как это следует из (4.24) и кривых на рис. 4.4,д для повышения момента при больших скольжениях выгодно снижать магнитную проницаемость якоря. Поскольку уменьшение Магнитной проницаемости якоря вызывает снижение индукции в зазоре муфты, результирующее влияние на момент не будет однозначным. Магнитная проницаемость якоря имеет оптимальное значение, обеспечивающее максимум момента, что -отмечено в [31] по отношению к двигателям с массивным ротором.
Для уменьшения влияния μα на индукцию в зазоре целесообразно якорь муфты выполнять двухслойным, причем из материала с малой магнитной проницаемостью изготовлять лишь тонкостенную гильзу со стороны рабочего зазора муфты. При выборе материала якоря или его активного слоя следует учитывать, что одновременно с магнитной проницаемостью меняется удельное сопротивление, оказывающее на момент большое влияние при малых скольжениях. Применение в муфтах якорей с медными гильзами обеспечивает одновременное снижение удельного сопротивления и магнитной проницаемости активного слоя, но увеличивает расчетный воздушный зазор и требуемую МДС обмотки возбуждения.
Сравнение кривых, приведенных на рис. 4.4, показывает, что из всех параметров, входящих в (4.24), только активная длина якоря не влияет на форму механической характеристики, изменяя ее в равной степени во всем диапазоне скольжений. Влияние остальных параметров зависит от скольжения и отражается на форме характеристики. Активный диаметр и удельное сопротивление якоря оказывают наибольшее влияние на момент при малых скольжениях, а магнитная проницаемость активного слоя якоря — при больших. Изменение числа зубцов-полюсов при малых и больших скольжениях вызывает противоположное изменение момента.
Различный характер влияния параметров магнитных систем на электромагнитный вращающий момент приводит к большому многообразию форм механических характеристик изготовленных муфт скольжения.
Уравнение момента (4.24) и приведенный анализ позволяют при проектировании магнитных систем обеспечить необходимую форму механических характеристик муфт изменением тех или иных параметров магнитных систем. Данная задача еще более упрощается при использовании относительных механических характеристик (см. § 4.4).
