Napęd elektryczny z wykorzystaniem różnego rodzaju sprzęgieł elektromagnetycznych

W instalacjach wymagających regulacji prędkości obrotowej przy użyciu najprostszych maszyn i urządzeń można zastosować napędy elektryczne ze sprzęgłami elektromagnetycznymi różnego typu.

Są najczęstsze elektromagnetyczne sprzęgła poślizgowe, za pomocą którego stosunkowo łatwo można zabezpieczyć elementy pracującej maszyny przed uszkodzeniem przy gwałtownym wzroście obciążenia, wyregulować prędkość obrotową, uzyskać specjalne właściwości i poprawić właściwości rozruchowe napędu elektrycznego przy zastosowaniu silników o małej moment rozruchowy (silniki indukcyjne z wirnikiem wiewiórkowym i silniki synchroniczne).

Elektromagnetyczne sprzęgło poślizgowe to maszyna elektryczna składająca się z dwóch części, cewki indukcyjnej i twornika, które są rozmieszczone koncentrycznie i oddzielone szczeliną powietrzną.Część sprzęgła trwale połączona z wałem silnika elektrycznego jest częścią napędową, a druga część połączona z wałem napędowym maszyny roboczej jest częścią napędzaną.

Cewka indukcyjna ma bieguny z cewką wzbudzającą, która otrzymuje moc ze źródła prądu stałego przez pierścienie ślizgowe. Twornik jest obwodem magnetycznym wykonanym z blachy elektrotechnicznej, z uzwojeniem zwarciowym w postaci klatki wiewiórki.

Zasada działania sprzęgła jest taka sama zasada działania wielofazowego silnika asynchronicznego… Ale w silniku indukcyjnym wirujące pole magnetyczne jest wytwarzane za pomocą uzwojenia wielofazowego zasilanego przez źródło prądu przemiennego z odpowiednim przesunięciem fazowym, aw sprzęgle poślizgowym bieguny obracają się ze stałym strumieniem magnetycznym względem zwarcia.

W tej cewce, pod działaniem strumienia magnetycznego, emf prąd przemienny, amplituda i częstotliwość która zależy od różnicy prędkości między napędzaną i napędzaną częścią sprzęgła, pojawia się prąd i pojawia się moment obrotowy.

Zmieniając prąd w uzwojeniu wzbudzenia, można uzyskać różne charakterystyki mechaniczne, reprezentujące zależność przenoszonego momentu obrotowego od poślizgu sprzęgła, które są zbliżone do właściwości mechanicznych wielofazowego silnika asynchronicznego przy regulacji napięcia do niego doprowadzanego.

Najprostsza konstrukcja ma sprzęgło elektromagnetyczne ze zworą z litego rdzenia stalowego. Generowany jest moment obrotowy tego sprzęgła prądy wirowe indukowane w rdzeniu.

Taka konstrukcja złącza znacznie zwiększa jego niezawodność, ponieważ masywny rdzeń, nagrzewany przepływającymi w nim prądami wirowymi, ma bezpośredni kontakt z otoczeniem zewnętrznym, a ciepło jest lepiej odprowadzane ze złącza.

Zazwyczaj cewka indukcyjna jest wewnętrzną częścią złącza wyposażoną w wystające słupki z uzwojeniem wzbudzenia zasilanym przez pierścienie ślizgowe prądem stałym.

Charakterystyki mechaniczne sprzężenia elektromagnetycznego z masywnym obwodem magnetycznym, ze względu na jego znaczną rezystancję, mają postać charakterystyk reostatu silnika indukcyjnego.

Jeśli konieczne jest, aby moment obrotowy sprzęgła pozostawał w przybliżeniu stały, niezależnie od wielkości poślizgu, wówczas bieguny cewki indukcyjnej mają specjalny kształt - w postaci dzioba lub pazura.

Do wzbudzenia sprzęgła zużywana jest stosunkowo niewielka ilość energii, która nie jest proporcjonalna do mocy przenoszonej przez sprzęgło i waha się od 0,1 do 2,0%. Mniejsze liczby odnoszą się do złączy dużej mocy, a większe do złączy małej mocy. Tak więc w sprzęgaczu, który przesyła moc 450 kW, straty wzbudzenia wynoszą 600 W, aw sprzęgaczu o mocy 5 kW - około 100 W.

System sprzęgła elektromagnetycznego zapewnia niezbędny zakres regulacji prędkości, zwykle poprzez zmianę prądu w cewce indukcyjnej. Ale wydajność napędu w tym przypadku będzie mniejsza niż przy regulacji reostatu. Dzieje się tak, ponieważ ogólna sprawność napędu jest równa iloczynowi sprawności samego sprzęgła i sprawności silnika.

Straty sprzęgła są określane głównie przez straty poślizgu generowane w tworniku sprzęgła. W przypadku mocnych sprzęgieł konieczne jest posiadanie specjalnego urządzenia do odprowadzania znacznej ilości ciepła.

Sprzęgła elektromagnetyczne oferują cenne właściwości połączone z niezawodnym działaniem asynchroniczny silnik klatkowy.

Silnik klatkowy ma stosunkowo niski moment rozruchowy, znaczny prąd rozruchowy i wystarczająco wysoki moment krytyczny. Dlatego za pomocą sprzęgła elektromagnetycznego można uruchomić silnik przy braku prądu w cewce wzbudzenia sprzęgła, tj. gdy moment obrotowy przenoszony przez sprzęgło wynosi zero. W takim przypadku silnik bez obciążenia szybko przyspiesza, a jego nagrzewanie jest znikome.

Po przejściu silnika do części roboczej charakterystyki, do cewki wzbudzenia sprzęgła doprowadzany jest prąd, co powoduje pojawienie się w niej momentu elektromagnetycznego. Napędzana część sprzęgła pozostanie nieruchoma, dopóki moment przenoszony przez sprzęgło nie przekroczy momentu obciążenia statycznego.

W tym samym czasie część napędowa sprzęgła obciąży silnik momentem obrotowym o tej samej wielkości, co część napędzana sprzęgła. W takim przypadku silnik może rozwinąć moment obrotowy zbliżony do krytycznego i znacznie przekraczający moment rozruchowy, a prąd silnika będzie mniejszy niż przy rozruchu.

W związku z tym udoskonalono zastosowanie sprzęgła elektromagnetycznego właściwości rozruchowe silnika elektrycznegoJa jestem.Podobnie można poprawić właściwości rozruchowe silnika synchronicznego, które są znacznie gorsze niż w przypadku silnika indukcyjnego klatkowego.

Jedną z odmian sprzęgieł elektromagnetycznych są złącza wypełnione proszkami magnetycznymi… Główna różnica między sprzęgłem proszkowym a opisanymi powyżej sprzęgłami poślizgowymi polega na tym, że proszek żelaza (zwykle zmieszany z olejem) jest umieszczony pomiędzy dwoma obracającymi się częściami sprzęgła zamkniętymi w szczelnej obudowie.

Jeśli cewka wzbudzenia nie jest zasilana, proszek żelaza jest w stanie nieuporządkowanym. Gdy do cewki wzbudzenia zostanie doprowadzony prąd, to pod działaniem jej pola magnetycznego pył będzie się układał wzdłuż linii sił magnetycznych, tworząc rodzaj obwodów, które zamykają szczelinę powietrzną i zapewniają przeniesienie mocy z wiodącego części sprzęgła do napędów Im większy prąd wzbudzenia, tym większy moment obrotowy może przenieść sprzęgło.

Elektromagnetyczne sprzęgło proszkowe zapewnia nie tylko rozruch, ale również regulację prędkości obrotowej, a także może służyć jako sprzęgło bezpieczeństwa ograniczające maksymalny moment obrotowy przenoszony na wał pracującej maszyny.

Ze względu na dużą przenikalność magnetyczną pyłu żelaza w porównaniu z powietrzem, sprzężenie wymaga znacznie mniejszej mocy wzbudzenia niż sprzężenie indukcyjne.

Zgodnie ze sposobem dostarczania prądu do uzwojeń polowych rozróżnia się styki i bezdotykowe złącza przeciwpyłowe. W złączach stykowych cewka wzbudzenia znajduje się na części obrotowej, a cewka jest zasilana przez pierścienie ślizgowe.

Cewka wzbudzenia złączy bezstykowych umieszczona jest na nieruchomej części obwodu magnetycznego, oddzielonej od elementów wirujących niewielką szczeliną powietrzną.

W niektórych przypadkach zarówno proszkowe, jak i indukcyjne sprzęgła elektromagnetyczne są wbudowane w korpusy maszyny roboczej, podobnie jak niestandardowe silniki elektryczne, lub połączone we wspólną konstrukcję z ich silnikiem napędowym. Dzięki temu rozwiązaniu znacznie zmniejszono wymiary i wagę napędu.

W niektórych przypadkach zamiast sprzęgieł elektromagnetycznych stosuje się sprzęgła hydrauliczne lub przemienniki momentu obrotowego. Wtedy napęd nazywa się hydraulicznym.

Ostatnio w modernizacji wyposażenia elektrycznego maszyn do cięcia metalu, maszyn i innych różnych mechanizmów produkcyjnych, napęd elektryczny jest zastępowany sprzęgłami indukcyjnymi i proszkowymi napędu elektrycznego sterowanego częstotliwościowo za pomocą silników indukcyjnych klatkowych napędzanych przez przez przetwornice częstotliwości.