異步電動(dòng)機(jī)上的電磁轉(zhuǎn)差離合器裝置

        在籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)軸上裝一個(gè)電磁轉(zhuǎn)差離合器，通過晶閘管控制裝置控制離合器繞組的電流，改變這一電流，即可以調(diào)節(jié)離合器的輸出轉(zhuǎn)速。

        電磁轉(zhuǎn)差離合器的基本工作原理是基于電磁感應(yīng)原理。圖1所示為一個(gè)電磁離合器的示意圖。由圖可見，轉(zhuǎn)差離合器主要是由主動(dòng)和從動(dòng)兩部分組成。主動(dòng)部分由籠型轉(zhuǎn)子異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，以恒速旋轉(zhuǎn)。它是一個(gè)由鐵磁材料制成的圓筒，習(xí)慣上稱為電樞。從動(dòng)部分一般是做成與直流電機(jī)電樞相類似，稱為磁極。在磁極上裝有勵(lì)磁繞組，繞組與磁極的組合稱為感應(yīng)子。被傳動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械連接在感應(yīng)子的軸上。

        繞組的引線接于集電環(huán)上，通過電刷與直流電源接通，繞組內(nèi)流過的勵(lì)磁電流即由直流電源提供，當(dāng)勵(lì)磁繞組通以直流電時(shí)，沿封閉的磁路就產(chǎn)生了主磁通，磁力線通過氣隙—電樞—?dú)庀丁艠O—?dú)庀抖纬梢粋€(gè)封閉回路。由于電樞為原動(dòng)機(jī)所拖動(dòng)，以恒定方向旋轉(zhuǎn)，因此電樞與磁極間有相對運(yùn)動(dòng)，電樞切割磁場，從而在電樞中產(chǎn)生感生電動(dòng)勢，產(chǎn)生電流，并產(chǎn)生一個(gè)脈沖的電樞反應(yīng)磁場，它與主磁通合成產(chǎn)生電磁力。此電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩將驅(qū)使磁極跟著電樞同方向運(yùn)動(dòng)，這樣磁極就帶著生產(chǎn)機(jī)械一同旋轉(zhuǎn)。其調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。由圖可見，調(diào)速系統(tǒng)主要由晶閘管整流電源、電磁轉(zhuǎn)差離合器和異步電動(dòng)機(jī)三大部分組成。晶閘管整流電源通常采用單相全波或橋式整流電路，通過改變晶閘管的控制角可以方便改變直流輸出電壓的大小。

圖1 電磁轉(zhuǎn)差離合器的調(diào)速原理

        由于異步電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性比較硬，因此，可以認(rèn)為電樞的轉(zhuǎn)速是近似不變的，而磁極的轉(zhuǎn)速則由磁極磁場的強(qiáng)弱而定，也就是說，由提供給電磁離合器的電流大小而定。因此，只要改變勵(lì)磁電流的大小就可以改變磁極的轉(zhuǎn)速，也就可以改變工作機(jī)械的轉(zhuǎn)速。

        由此可見，當(dāng)勵(lì)磁電流等于零時(shí)，磁極是不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)的，這就相當(dāng)于工作機(jī)械被“離開”。一旦加上勵(lì)磁電流，磁極即刻轉(zhuǎn)動(dòng)起來，這就相當(dāng)于工作機(jī)械被“合上”。這就是離合器名字的由來。又因?yàn)樗腔陔姶鸥袘?yīng)原理來發(fā)生作用的，磁極與電樞之間一定要有轉(zhuǎn)差才能產(chǎn)生感應(yīng)電流和電磁轉(zhuǎn)矩，因此，全名就稱為“電磁轉(zhuǎn)差離合器”。又常將它連同它的異步電動(dòng)機(jī)一起稱為“滑差電機(jī)”。

圖2 電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速時(shí)的機(jī)械特性

        由于轉(zhuǎn)差離合器在原理上與異步電動(dòng)機(jī)相似，因此，改變轉(zhuǎn)差離合器的勵(lì)磁電流時(shí)的調(diào)速特性與異步電動(dòng)機(jī)改變定子電壓的調(diào)速特性有很多相似的地方。其理想空載轉(zhuǎn)速為異步機(jī)轉(zhuǎn)速，而不是同步轉(zhuǎn)速。另外，當(dāng)勵(lì)磁電流過小時(shí)，磁場太弱，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩很小，負(fù)載將無法運(yùn)轉(zhuǎn)而發(fā)生失控現(xiàn)象，因而機(jī)械特性存在失控區(qū)。其機(jī)械特性如圖2所示。

        從圖中可以看出，電磁轉(zhuǎn)差離合器的機(jī)械特性較軟，為保證轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，通常采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，可以獲得10:1的調(diào)速范圍。

        電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速的主要特點(diǎn)是控制簡單，運(yùn)行可靠，可實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速，采用閉環(huán)控制后可以改善調(diào)速性能，擴(kuò)大調(diào)速范圍；缺點(diǎn)是低速損耗大，效率低。適用于不需長期低速運(yùn)行的場合。另外，由于系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量約為一般異步電動(dòng)機(jī)的二倍，機(jī)電時(shí)間常數(shù)較大，不宜用于要求快速響應(yīng)的場合。

        電磁轉(zhuǎn)差離合器調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性可近似地用以下經(jīng)驗(yàn)公式來表示： 

        式中，——離合器主動(dòng)部分的轉(zhuǎn)速 

                 ——與離合器結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù) 

                 ——離合器轉(zhuǎn)矩 

                  -——?jiǎng)?lì)磁電流