Время переходного процесса зависит от электромагнитной постоянной времени муфты Тэ и механической постоянной времени пуска привода Тп, причем влияние Т3 проявляется в основном на начальной стадии процесса, а Тп — на конечной. Для снижения механической постоянной необходимо уменьшать момент инерции ведомого якоря муфты при сохранении вращающего момента или увеличивать вращающий момент при сохранении момента инерции. В муфтах с ведомым якорем снижение момента инерции якоря получают за счет уменьшения толщины или длины его обода. Так как толщина обода определяет площадь его сечения, то для уменьшения насыщения якоря применяются следующие конструктивные приемы:
- дробление индуктора на несколько секций с отдельными обмотками возбуждения и независимыми магнитными потоками (см. рис. 1.3 и 1.15,ж), что позволяет уменьшить толщину и сечение обода якоря, рассчитанного лишь на часть полного потока;
- выполнение магнитной системы с внешним и внутренним индукторами [19], позволяющее снизить толщину обода, якоря, не связанную с его насыщением, и одновременно обеспечивающее удвоение вращающего момента.
Уменьшение длины обода якоря при сохранении размеров обмотки возбуждения и больших значений индукции в зазоре достигается методами, реализованными в конструкциях, схематически показанных на рис. 1.5,г и 1.16,г.
В бесконтактных муфтах с ведомым индуктором момент инерции индуктора в значительной степени зависит от мест расположения нерабочих воздушных зазоров, отделяющих неподвижную часть магнитопровода от вращающейся. Для снижения момента инерции индуктора нерабочие зазоры следует располагать таким образом, чтобы наибольшая часть объема магнитной системы приходилась на якорь и неподвижный участок магнитопровода. Так, конструкция по схеме рис. 1.16,д имеет значительно меньший момент инерции индуктора, чем по схеме рис. 1.16,б.
Выбор оптимальных значений длины зубцов-полюсов муфты и соотношения объемов меди и стали в магнитной системе позволяет получить наибольшие значения вращающего момента, которые нс отражаются практически на моменте инерции ведомой части. Это обеспечивает снижение механической постоянной времени привода и ускорение переходных процессов.
При пуске привода с муфтой без обратной связи по моменту (току) приводного двигателя время переходных процессов зависит также от формы естественной механической характеристики муфты. Увеличение показателя формы характеристики β приводит к ускорению процесса пуска при постоянстве пускового момента муфты и к замедлению — при постоянстве номинального момента.
Электромагнитная постоянная времени цепи возбуждения муфты равна
(8.58)
где А — полная проводимость магнитной цепи муфты.
С учетом (4.48), (4.52), (4.58), (4.89) и равенства wq=k3a2 можно выражение (8.58) представить в виде
(8.59)
Для построения зависимостей Tэ=f(a/A) необходимо учитывать значения функции μαΗ=f(a/A). С этой целью выражение (8.59) удобнее представить в относительных единицах, приняв за базовую величину 1 /mт, где mт= ktk3pJi2, Вт/м. Тогда относительная электромагнитная постоянная времени ттТ3 будет иметь единицу Вт·с/м = =Дм/м=Н и определится выражением
(8.60)
Для определения зависимости μ0Η=/(αΜ) могут использоваться выражение (4.66), разрешенное относительно а/А, и кривая намагничивания стали магнитопровода. При постоянных значениях показателей ζ, DсрI\D и 1z/δ из этого выражения путем последовательной подстановки значений Вс и соответствующих им μ0Η Определяются отношения а/А.
На рис. 8.18 приведены зависимости mTTэ=f(a/A) для различных значений ζ и 1г/δ, построенные по (8.60) с учетом изменения μαΗ для магнитной системы из литой стали при Dcр/D=0,8. Штриховыми линиями показаны геометрические места точек максимумов электромагнитной постоянной времени. Кружками обозначены точки, в которых при данных параметрах муфта передает максимальный вращающий момент (см. рис. 4.12), а штрих-пунктирными линиями — геометрические места этих точек. Анализ графиков позволяет сделать следующие выводы:
Рис. 8.18. Зависимости электромагнитной постоянной времени муфты от соотношения размеров обмотки и магнитопровода
- электромагнитная постоянная времени муфты зависит от относительной длины зубцов-полюсов, соотношения объемов меди и стали и размеров магнитной системы;
- с увеличением размеров магнитной системы, характеризуемых показателем ζ, электромагнитная постоянная времени возрастает, а се максимумы смещаются в сторону меньших значений а1А,
- уменьшение длины зубцов-полюсов снижает электромагнитную постоянную времени;
- с увеличением отношения а/А влияние длины зубцов на электромагнитную постоянную времени уменьшается;
- электромагнитная постоянная времени имеет максимальные значения при более высоких отношениях а/А, чем максимальный момент, что повышает роль выбора оптимальных соотношений объемов меди и стали, обеспечивающих пониженные значения электромагнитной и механической инерционности муфты, снижение расхода меди и потерь на возбуждение.
Разделение индуктора на несколько секций с отдельными обмотками возбуждения и независимыми потоками позволяет снизить не только механическую постоянную времени, но и электромагнитную.
В этом случае для каждой секции уменьшается потокосцепление ωФ в формуле (8.58), а общая электромагнитная постоянная системы остается такой же, как для одной секции. По этой же причине электромагнитная постоянная времени явнополюсных муфт с большим числом полюсов значительно меньше, чем индукторных и панцирных.
Рис. 8.19.. Бесконтактная муфта с малой электромагнитной инерционностью:
1 — вал; 2 — индуктор; 3 — якорь; 4 и 3 — полюсные кольца; 5 — обмотка; 6 — сердечник;; 7 — ярмо; 9 — вентилятор; 10 — двигатель
Из (8.59) следует, что в индукторных и панцирных муфтах с внешним индуктором (Dcр>D) электромагнитная постоянная меньше, чем в муфтах с внешним якорем (Dcp/D).
Эффективным способом ускорения электромагнитных переходных процессов является форсировка-возбуждения, при которой на период пуска обмотка включается на повышенное напряжение и нарастание тока происходит быстрее, чем при включении на номинальное напряжение. После достижения номинального значения тока или окончания процесса пуска напряжение на обмотке снижается до номинального [19].
На рис. 8.19 показана бесконтактная магнитная система, в которой электромагнитная постоянная времени снижена во много раз по сравнению с другими системами [77]. Одно из полюсных колец статора соединено с ярмом радиальными сердечниками, на которых размещены отдельные обмотки, включенные согласно. С каждой обмоткой сцеплена лишь часть полного магнитного» потока, проходящая в секторе aob, поэтому электромагнитная инерционность всей системы определяется одним сектором с одной обмоткой. Обмотки могут быть соединены параллельно или последовательно.
