Системы компаундирования муфт относятся к разомкнутым САУ, так как не содержат обратных связей по каким-либо параметрам, а изменение тока возбуждения осуществляется в функции момента нагрузки.
На рис. 10.8 приведена простейшая схема системы компаундирования муфты скольжения [74]. Приводной двигатель М вращает ведущую часть муфты ЭМС, о ведомой частью которой соединен рабочий механизм РМ. Часть обмотки возбуждения ОБ получает от сети стабилизированное напряжение через реостат R1, являющийся задатчиком, выпрямитель V1 и создает магнитный поток холостого хода муфты. Вторая часть обмотки питается от трансформатора тока Т через реостат R2 и выпрямитель V2 током, зависящим от нагрузки муфты. С ростом момента нагрузки возрастают ток выпрямителя V2 и магнитный поток муфты, что повышает жесткость ее механических характеристик.
Реостатом R1 устанавливается частота вращения муфты при холостом ходе привода, а реостатом R2 — угол наклона искусственных механических характеристик муфты, т. е. их жесткость. Так как угол наклона характеристик зависит также от частоты вращения, задаваемой реостатом 1, то каждому его положению должно соответствовать определенное положение реостата R2. В противном случае жесткость характеристик при регулировании частоты вращения будет изменяться, причем степень этого изменения зависит от кривизны β естественных механических характеристик муфты.
Рис. 10.8. Схема системы компаундирования муфты
При увеличении значений β характеристик это изменение жесткости уменьшается, однако снижаются стабильность и устойчивость работы привода на пониженных частотах вращения, поскольку с ростом нагрузки происходит падение частоты вращения муфты без заметного изменения тока двигателя.
В агрегате, показанном на рис. 1.6 [80], можно обеспечить самовозбуждение и компаундирование путем выполнения внутренних витков обмотки возбуждения зигзагообразными (волновыми) и соединения ее выводов друг с другом через выпрямитель и реостат.
Потери скольжения в муфте определяются формулой (6.4), а потери на возбуждение равны
где I, U, R — ток, напряжение, сопротивление обмотки возбуждения.
Потери на трение и вентиляцию в муфтах обычно не учитывают при расчете охлаждения, а в ряде случаев пренебрегают и потерями возбуждения, если они не оказывают заметного влияния на тепловой баланс наиболее нагревающихся деталей. Предельно допустимая температура отдельных деталей муфты различна и определяется применяемыми материалами, а иногда и конструктивным исполнением муфты. В подавляющем большинстве конструкций муфт наиболее нагревающейся частью является якорь, который допускает и наибольшую температуру нагрева. Допустимая температура нагрева массивного якоря ограничивается изменением воздушных зазоров магнитной цепи, вызываемым увеличением диаметра якоря при нагреве.
При внутреннем якоре его нагрев вызывает уменьшение воздушных зазоров, что может привести к контакту якоря с индуктором или статором, а при внешнем якоре увеличение зазоров снижает вращающий момент, повышает скольжение муфты и потери, что в свою очередь увеличивает температуру якоря. В связи с этим допустимую температуру якоря ограничивают обычно значением не более 200 °С. Однако и такая температура якоря может привести к заметному снижению вращающего момента, обусловленному не только увеличением зазоров и снижением индукции, но и линейным ростом удельного электрического сопротивления якоря в функции температуры. В последнем случае наибольшее влияние на момент оказывает температура тонкого поверхностного слоя якоря, которая может значительно превышать температуру остального массива.
Удельное электрическое сопротивление нагретого массивного стального якоря определяется выражением
(111)
где ρ2о — удельное электрическое сопротивление стали при 20 °С; α — температурный коэффициент сопротивления стали; θ— температура нагретого якоря.
При нагреве якоря до 200°С его электрическое сопротивление возрастает в 1,9—2,1 раза, что оказывает большое влияние на вращающий момент даже при неизменных воздушных зазорах. Диаметр стального якоря, нагретого до температуры, определяется по эмпирической формуле
(11.2)
где D0 — диаметр якоря при О °С.
Расчет показывает, что при нагреве якоря до 200 °С его диаметр возрастает на 0,25%, что превышает размеры обычно принимаемых воздушных зазоров. В реальных условиях температурное изменение воздушных зазоров получается меньшим из-за нагрева и расширения деталей, отделенных от якоря зазорами.
К другим деталям муфты, ограничивающим ее рассеиваемую мощность, относятся обмотки возбуждения и подшипники. Нагрев обмотки возбуждения происходит не только от выделяемой в ней током возбуждения теплоты, но и за счет теплопередачи от более нагретого якоря, поэтому во многих конструкциях обмотки удаляют на значительное расстояние от якоря или разделяют их потоком охлаждающего воздуха.
В зависимости от класса изоляции по нагревостойкости обмоточные провода допускают следующие предельные длительные значения температуры:
Изоляционные материалы, работающие при допустимых температурах, сохраняют свои свойства в течение длительных сроков эксплуатации (до 20 тыс. ч). Превышение допустимой температуры снижает прочность и срок службы изоляции.
Нагрев подшипников муфты определяется в основном передачей теплоты от якоря и в большой степени зависит от конструктивного исполнения муфты. Подшипники, размещенные в металлических деталях, имеющих непосредственный контакт с якорем, подвержены более значительному нагреву, чем отделенные от якоря или контактирующих с ним деталей воздушными промежутками.
Предельная температура подшипников определяется допустимыми значениями температуры применяемых в них смазок.
По способу охлаждения электромагнитные муфты скольжения бывают с естественным, воздушным или водяным охлаждением.
