автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Быстродействующие электромеханические тормозные устройства для электродвигателей

На правах рукописи

БОЧКАРЕВ ИГОРЬ ВИКТОРОВИЧ

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЕ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ТОРМОЗНЫЕ УСТРОЙСТВА ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Специальность 05.09.01 - Электромеханика и электрические аппараты

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации в виде опубликованной монографии на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена на кафедре «Электромеханика» Кыргызского технического университета им. И. Раззакова

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Райнин Валерий Ефимович.

доктор технических наук, профессор Гайтов Багаудин Хамидович.

доктор технических наук, профессор Алиевский Борис Львович.

Ведущее предприятие - АО Тверской завод электроаппаратуры

"ЭЛТОР", г. Тверь.

Защита состоится «22» октября 2004 г. в аудитории Е-205 в 14 час. 00 мин. на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, Москва, Краснознаменная ул., д. 13, корп. Е.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, Москва, Краснознаменная ул., д. 14, Ученый Совет МЭИ.

С монографией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан

2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.157.15 кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Проблема повышения эффективности производственного оборудования вызывает необходимость совершенствования и разработки новых перспективных средств автоматизации, среди которых большую и чрезвычайно ответственную роль играют устройства точной остановки и фиксации валов приводных механизмов. Эти устройства позволяют увеличить надежность и безопасность эксплуатации машин и механизмов, а также поднять производительность и качество их работы за счет уменьшения чистого времени основных и вспомогательных операций и фиксации рабочих органов в точке позиционирования. Такие устройства в настоящее время выполняются в основном в виде электромеханического тормоза, встроенного непосредственно в приводной электродвигатель. Это объясняется тем, что широко известные способы электрического торможения механизмов с электрическим приводом в устройствах точной остановки и фиксации неприемлемы, так как только механическое торможение является единственным способом остановки электродвигателя после прекращения подачи электроэнергии и удержания его вала в заторможенном состоянии. Этот способ позволяет обеспечить большое число торможений в единицу времени при постоянстве тормозного момента, сократить время инерционного выбега и надежно зафиксировать вал электродвигателя при отключении напряжения сети, сократить количество элементов аппаратуры управления. В связи с интенсификацией производства, увеличением скоростей перемещения и частоты торможения рабочих органов, область применения и объемы выпуска приводных электродвигателей с электромеханическими тормозными устройствами (ЭМТУ) постоянно расширяются. Они используются в станкостроении, робототехнике, подъемно-транспортном машиностроении, авиации, легкой промышленности и т.д.

Однако, создание ЭМТУ, полностью обеспечивающих выполнение предъявляемых к ним эксплуатационных требований, в значительной степени сдерживается отсутствием инженерных методик проектирования, построенных на основе математических моделей, адекватно описывающих физические процессы, протекающие в ЭМТУ в различных режимах работы и при различных способах управления.

Сложность задачи аналитического описания функционирования ЭМТУ обусловлена тем, что они являются совмещением двух основных узлов: фрикционного нормально замкнутого тормоза с электромагнитным приводом, выполненным в виде растормаживающего электромагнита, и электронной системы управления (СУ), обеспечивающей подачу на обмотку электромагнита знакопостоянного напряжения, изменяющегося по определенному закону. Вопросы теории и описания рабочих процессов в каждом из этих узлов в отдельности рассмотрены в соответствующей специальной литературе и неизбежно должны быть учтены и использованы при математическом описании ЭМТУ.

Основное функциональное назначение ЭМТУ - торможение и фиксация вала электродвигателя - непосоедственно выполняет фрикционный тормоз, который, таким образом, в зна<}и^едь1||){ц1еляет технический уровень всего

БИБЛИОТЕКА

ЭМТУ. Существует большое количество разновидностей тормозов, различающихся: назначением (стопорные, ограничительные, рабочие, аварийные); принципом действия (автоматические и управляемые); конструктивным исполнением ра. бочих элементов (колодочные, ленточные, дисковые, конические, рельсовые); характером приводного усилия (нормально замкнутые, нормально разомкнутые, комбинированные). Вопросы конструирования и расчета их узлов трения рассмотрены в работах М.П. Александрова, О.А. Ряховского, В.Н. Федосеева, А.Г. Лысякова, И.В. Новожилова, Д.Н. Гаркунова, А.В. Чичинадзе, P.M. Матвеевского, А.Л. Левина, М.М. Б'ородулина, Ф.К. Германчука, Е.В. Зиновьева, И.В. Крагель-ского и др. В этих работах на основе законов триботехники и экспериментальных исследований созданы методики расчета фрикционных пар и процессов торможения, которые зачастую базируются на статистических данных и содержат большое количество эмпирических зависимостей и коэффициентов. Следовательно, полученные результаты не могут быть автоматически применены для ЭМТУ рассматриваемого класса. Поэтому одним из важных аспектов создания высокоэффективных ЭМТУ является: разработка научно обоснованных методов выбора принципиальной.компоновки ЭМТУ в каждом конкретном случае с позиций её влияния на эффективность и работоспособность тормозного электродвигателя в целом; разработка методик проектирования фрикционных узлов, включая выбор материалов и сочетания их в парах трения; создание новых конструкций ЭМТУ для электродвигателей с расширенными функциональными и эксплуатационными возможностями и улучшенными технико-экономическими показателями.

В развитие теории и практики электромагнитов большой вклад внесли О.Б. Брон, Б.К. Буль, Р.А. Агоронянц, М.И. Виттенберг, М.А. Любчик, А.Г. Никитен-ко, И.И. Пеккер, А.В. Гордон, А.Г. Сливинская, В.Н. Шоффа, И.С. Таев, Г. Ро-терс, П.В. Сахаров и др. Достаточно полно разработаны методы проведения поверочных расчетов, при которых определяются статические и динамические характеристики по заданным геометрии и обмоточным данным. В меньшей мере развиты методы проектных расчетов электромагнитов, реализующих заданные динамические характеристики и удовлетворяющих определенному критерию оптимальности. Проведенный анализ известных работ показал, что вопросы теории и расчет электромагнитов со встроенным выпрямителем при наличии форсировки исследованы крайне недостаточно. Кроме того, практически полностью отсутствуют работы по расчету электромагнитов, имеющих форсировку за счет пред-включенных элементов, в которых закон изменения напряжения на обмотке зависит от соотношения параметров СУ и самой обмотки. Кроме того, необходимость встраивания ЭМТУ в электродвигатель накладывает определенные ограничения при проектировании растормаживающего электромагнита. Таким образом, известные работы, посвященные теории и проектированию электромагнитов, не отражает всю специфику и особенности растормаживающих электромагнитов ЭМ-ТУ. Поэтому весьма актуальными являются исследования, связанные как с разработкой математических моделей, описывающих процессы, протекающие в растормаживающих электромагнитах в различных режимах работы при питании через различные СУ, так и с разработкой теоретической базы и созданием на ее основе методик проектирования, позволяющих" решать -задачу синтеза параметров

растормаживающего электромагнита с заданными параметрами быстродействия при минимальных массогабаритных показателях и потребляемой мощности.

Наряду с оптимальным синтезом, радикальным средством улучшения технико-экономических показателей ЭМТУ является использование форсированного управления. В настоящее время разработано большое количество схемных решений таких СУ и опубликованы работы, посвященные сравнению различных схемотехнических решений. Однако отсутствие обоснованных рекомендаций по выбору типа СУ при заданных выходных требованиях, а также четкой оценки форсированных способов управления ЭМТУ сдерживает их широкое применение. Актуальной задачей создания оптимальных ЭМТУ является также разработка и исследование новых эффективных СУ, дающих возможность улучшить технические характеристики ЭМТУ и расширить их функциональные возможности.

В процессе эксплуатации тормозных электродвигателей необходимо иметь информацию о том, соответствует ли состояние ЭМТУ требуемому по условиям эксплуатации режиму работы. Это требует применения устройств диагностики состояния тормоза. Однако схемные решения, обеспечивающие бесконтактный контроль срабатывания электромагнитов со встроенными выпрямителями, практически отсутствуют. Это обуславливает актуальность разработки и исследования новых устройств диагностики, позволяющих исключить возможность эксплуатации оборудования с неисправным ЭМТУ и повысить тем самым их надежность, срок службы и безопасность обслуживания.

Публикации, посвященные вопросам теории и исследованию ЭМТУ в целом, практически отсутствуют как в отечественной, так и в зарубежной литературе. В известных работах описаны в основном лишь конечные результаты опытно -конструкторских работ. На практике требуемые выходные показатели обеспечиваются зачастую путем экспериментальной доводки, что требует больших затрат времени и средств на разработку. Недостаточно исследован также вопрос взаимного влияния электродвигателя и ЭМТУ при различных способах управления последнего. Следовательно, исследование статических и динамических режимов работы тормозных устройств для электродвигателей, создание научно обоснованных инженерных методик их проектирования, максимально адаптированных для решения оптимизационных задач, разработка новых конструкций ЭМТУ, систем их управления и устройств диагностики является важной и актуальной задачей.

Цель работы. Основной целью данной работы является комплексное рассмотрение вопросов, посвященных разработке и исследованию математических моделей быстродействующих ЭМТУ с учетом их конструктивных и режимных особенностей, разработка теоретической базы и создание на ее основе методик проектирования. оптимальных ЭМТУ различных типов, обладающих заданным комплексом эксплуатационных свойств, разработка новых конструкций тормозных устройств, схем их управления и устройств диагностики состояния, а также рассмотрение вопросов эксплуатации, выбора и испытаний ЭМТУ. Это позволит создать качественные, высокоэффективные и надежные тормозные модификации электродвигателей со встроенным ЭМТУ.

Залами исследовании. 1. Комплексный анализ известных конструкций и схем управления ЭМТУ и их классификация.

-62. Разработка новых эффективных конструкций ЭМТУ и их СУ с расширенными эксплуатационными возможностями и улучшенными технико-экономическими показателями.

3. Комплексные экспериментальные исследования работы узлов трения ЭМТУ электродвигателей и разработка предложений по их конструированию.

4. Разработка рекомендаций по выбору наиболее оптимального конструктивного исполнения ЭМТУ и СУ для конкретных условий применения.

5. Разработка обобщенных математических моделей переходных и квазиу-становившихся режимов работы ЭМТУ с учетом используемых СУ.

6. Определение оптимальных геометрических соразмерностей и электромагнитных параметров электромагнитного привода ЭМТУ, обеспечивающих при заданных параметрах быстродействия минимальные массогабаритные показатели и потребляемую мощность.

7. Разработка методики уточненного расчета динамики ЭМТУ с учетом нелинейных свойств массивного магнитопровода.

8. Разработка инженерных методик проектирования различных типов ЭМТУ в виде, удобном для решения оптимизационных задач.

' 9. Разработка математических моделей электродвигателей с. встроенными ЭМТУ и исследование влияния наличия тормозного устройства на динамические свойства электродвигателя.

10. Разработка новых устройств диагностики состояния ЭМТУ и контроля нагрева электродвигателя непосредственно в эксплуатационных режимах работы.

Методы исследований. В ходе теоретических исследований переходных процессов в электромагнитной системе ЭМТУ использовались методы конечных последовательных интервалов и совместного решения дифференциальных уравнений цепи и поля. При исследовании влияния ЭМТУ на динамические показатели электродвигателей использовалась теория обобщенного электромеханического преобразователя энергии с применением математического аппарата матричного анализа электрических машин. При расчете ЭМТУ с постоянными магнитами использован метод вероятных путей потока. При разработке методик проектирования применен метод синтеза параметров.

Научная новизна работы. 1. Разработаны обобщенные универсальные математические модели расчета переходных процессов, протекающих в ЭМТУ в различных режимах работы при питании через различные типы СУ, разбитые на два класса по условиям формирования закона изменения напряжения на обмотке ЭМТУ и(1). В первый класс входят СУ, содержащие.различные типы управляемых и неуправляемых выпрямителей, в том числе с форсировкой, в которых закон и(1) определяется только собственными параметрами СУ. Во второй класс входят различные СУ с предвключенными элементами, в которых закон и(1) зависит от соотношения параметров СУ и обмотки.

.. 2. Предложена нелинейная модель расчета переходных процессов в ЭМТУ с учетом процесса проникновения электромагнитной волны в сплошной магнито-провод растормаживающего электромагнита.

-73. Разработаны теоретические положения, позволяющие решать задачу синтеза параметров растормаживающего электромагнита, обладающего заданными параметрами быстродействия. .

4. Составлены уравнения и реализующие их алгоритмы расчета переходных процессов, протекающих в асинхронных электродвигателях со встроенным ЭМ-ТУ. Проведены исследования взаимного влияния ЭМТУ и электродвигателя в динамических режимах работы . .

5. Разработаны новые способы измерения температуры обмоток машин переменного тока без их отключения от сети. ,

Практическая ценность. 1. Разработан и запатентован целый ряд новых оригинальных конструкций ЭМТУ и их СУ,. обладающих высокими технико-экономическими показателями.

2. Разработаны практические рекомендации по выбору наиболее рационального исполнения ЭМТУ и СУ по исходным требованиям.

3. Рассмотрены условия работы узлов трения-ЭМТУ и даны рекомендации по выбору конструкции их элементов и типа фрикционных материалов в зависимости от конструктивного исполнения ЭМТУ.

4. Даны рекомендации по выбору оптимальной величины остаточного воздушного зазора между сопрягаемыми поверхностями якоря и магнитопровода растормаживающего электромагнита.

5. Разработаны инженерные методики проектирования оптимальных пружинных ЭМТУ и магнитоэлектрических ЭМТУ с постоянными магнитами, обладающих заданным комплексом эксплуатационных показателей.

6. Исследован эффект форсировки напряжения на обмотке растормаживающего электромагнита при использовании СУ с предвключенной емкостью. Дан анализ влияния величины емкости и обмоточных данных ЭМТУ на время трога-ния якоря.

7. Даны рекомендации по выбору наиболее оптимальных параметров быстродействия ЭМТУ по условиям минимального влияния на динамические показатели электродвигателя.

8. Предложены и запатентованы пути улучшения выходных показателей магнитоэлектрических ЭМТУ конструктивным способом.

9. Разработан и запатентован целый ряд оригинальных бесконтактных устройств диагностики эксплуатационного состояния ЭМТУ, регистрирующих или положение якоря относительно магнитопровода растормаживающего электромагнита, или осуществляющие контроль за фактом движения якоря.

10. Даны рекомендации по выбору, эксплуатации и испытаниям ЭМТУ.

11. Разработан и запатентован ряд устройств для измерения температуры обмоток электродвигателей переменного тока без отключения от сети.

Положения, выносимые на защиту. 1. Обобщенные математические модели динамических и квазиустановившихся режимов работы ЭМТУ при питании через различные типы систем управления, в том числе с форсировкой.

2. Методика расчета переходных процессов в ЭМТУ с учетом нелинейных свойств массивного магнитопровода растормаживающего электромагнита.

-83. Математические зависимости, связывающие динамические показатели ЭМТУ с его параметрами и геометрическими соотношениями, позволяющие решать задачи минимизации габаритов, потребной мощности и расхода обмоточной меди, а также улучшения параметров быстродействия конструктивным путем с учетом способа управления.

4. Инженерные методики проектирования ЭМТУ различных типов (электромагнитных с тормозными пружинами и магнитоэлектрических с постоянными магнитами), обладающих заданным комплексом эксплуатационных показателей.

5. Исследование взаимного влияния ЭМТУ и электродвигателя в переходных и квазиустановившихся режимах работы.

6. Оригинальные конструкции тормозных устройств, схемы их форсированного управления в режимах торможения и растормаживания, бесконтактные устройства диагностики эксплуатационного состояния ЭМТУ, защищенные авторскими свидетельствами и патентами РФ, КР и Кубы.

7. Новые способы и устройства для теплового контроля тормозных электродвигателей в рабочих режимах, защищенные авторскими свидетельствами.

Реализация результатов. Результаты научных исследований, созданные методики и алгоритмы расчета, практические рекомендации и разработки реализованы на следующих предприятиях и организациях:

1. На Бишкекском машиностроительном заводе в 1986 г. в серийное производство внедрены тормозные высокомоментные двигатели постоянного тока типов ВЭМ-1 и ВЭМ-2 (ТУЗ-13М-86 и ТУЗ-14М-86), причем конструкция схемы управления их ЭМТУ защищена а.с. на изобретение № 1261017 [43]. Здесь же в 1989 г. также в серийное производство была внедрена унифицированная серия малогабаритных ЭМТУ с постоянными магнитами типа ТПМ (ТУЗ-179М-89)для станкостроения и робототехники. Их конструкция защищена а.с. № 1450043 [49]. Они снабжены устройством контроля срабатывания по а.с. № 1684823 [52], а в технологическом процессе их изготовления внедрено устройство для намагничивания постоянных магнитов по а.с. № 1636868 [51].

2. В Кировском филиале агрегатного завода в 1987 г. внедрены модифицированные ЭМТУ для асинхронных двигателей летательных аппаратов, конструкция СУ которых защищена а.с. № 1282224 [44] и № 1295458 [46].

3. На Первоуральском трубном заводе, г. Первоуральск в 1988 г. внедрена схема форсировки срабатывания по а.с. № 1282299 [45].

4. На заводе «Динамо» г. Москва в 1990 г. проведена модернизация тормозов типа ТДП асинхронных двигателей серии МАП для судовых механизмов, а в 1992 г. внедрено устройство контроля их срабатывания по а.с. № 1797099 [57].

5. На Каджи-Сайском электротехническом заводе в АО «КЭТЗ - Преобразователь» в октябре 2001 г. для электроприводов подач токарных станков типа 16К20ФЗС5 с ЧПУ внедрены ЭМТУ, конструкция которых защищена а.с. 1788557 [55], а в феврале 2002 г. внедрены устройства их диагностики, конструкция которых защищена патентами №2115151 РФ [61] и № 273 КР [64]. В ноябре 2002 г. на электродвигателях привода подачи токарно-винторезных станков модели 1M63F101 установлены безлюфтовые тормоза по патенту КР Х«525 [65].

-96. В ОАО «Соколовско-Сарбайское горно-обогатительное производственное объединение», г. Рудный (Казахстан) в июле 2000 г. на электродвигателях типа AHP100L4 грузоподъемных механизмов установлены тормозные устройства по а.с. №1450043 [49], имеющие устройства для ручного растормаживания. В марте 2001 г. на приводных электродвигателях 4A90L4Y3 шпинделя вертикально -сверлильных станков установлены модернизированные ЭМТУ с устройством контроля режима их работы по а.с. №1797099 [57].

7. Модернизированные безлюфтовые ЭМТУ внедрены в сентябре 2000г. на прядильно-отделочной фабрике Совместного Кыргызско-Ирландского АООТ «Ош Жибек» на печатной машине «Меканотессиле», предназначенной для набивки рисунков на ткань, а в ноябре 2000г. - на прядильно-ткацкой фабрике АООТ «Текстильщик» на лентосоединительной машине «Textima».

8. Разработанные вопросы теории и расчета ЭМТУ используются в учебном процессе кафедры «Электромеханика» Кыргызского технического университета им. И. Раззакова по курсу «Проектирование специальных электрических машин», а также при курсовом и дипломном проектировании. . ..

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на следующих научно-технических конференциях (НТК): Всесоюзный семинар «Системы управления, следящие приводы и их элементы». Москва, ЦНИИИнформации, 1985 г.; Республиканская НТК «Создание гибких автоматизированных производств». Фрунзе, ФПИ, 1985 г.; Всесоюзная НТК «Состояние и перспективы развития электротехнологии». (Третьи Бенардосовские чтения). Иваново, 1987 г.; II Республиканская НТК «Гибкие автоматизированные производства и промышленные роботы». Фрунзе, ФПИ, 1988 г.; III Всесоюзная НТК «Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов». Паланга, 1988 г.; Всесоюзная НТК «Современные проблемы электромеханики» (к 100-летию изобретения трехфазного асинхронного электродвигателя). Москва, 1989; Всесоюзная НТК «Следящие электроприводы промышленных установок, роботов и манипуляторов». Челябинск, 1989 г.; IV Всесоюзная НТК «Динамические режимы работы электрических машин и электроприводов». Бишкек, 1991 г.; 3-я Дальневосточная, научно-практическая конференция «Совершенствование электрооборудования и средств автоматизации технологических процессов промышленных предприятий». Комсомольск-на-Амуре, 1992 г.; Международная НТК «Технология и перспективы современного инженерного образования, науки и производства». Бишкек, 1999 г.; Международная НТК «Наука и наукоемкие горные технологии». Бишкек, 2000 г.; Международная НТК «Современные технологии и управление качеством в образовании, науке и производстве». Бишкек, 2001 г.; Международная НТК, посвящ. I съезду Инженеров КР и 10-летию образования Инженерной академии КР. Бишкек, 2001 г.; Международная НТК «Энергосбережение - проблемы, современные технологии и управление». Бишкек, 2003г.

Публикации. Всего по данной тематике опубликовано 79 печатных работ, в том числе 36 авторских свидетельств и патентов на изобретение.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Содержит 18,0 усл. печат. листов (287 стр.), 71 рисунок и 27 таблиц. Список литературы включает 128 наименований.

-10-

СОДЕРЖАНИЕРАБОТЫ

В предисловии и введении даются сведения о функциональном назначении тормозных устройств для электродвигателей. Указываются области применения, приводится краткая история развития, а также современное состояние вопросов исследования, проектирования и производства ЭМТУ. Обосновывается актуальность тематики и сформулирована конечная цель работы.

В первой главе описывается принцип действия ЭМТУ и обосновываются основные и дополнительные технические требования, предъявляемые к ним. По. казано, что ЭМТУ состоят из двух основных частей - электромеханического фрикционного тормоза (ЭФТ) и схемы его управления. В свою очередь, ЭФТ состоит из четырех основных функциональных узлов - фрикционный узел, узел для создания тормозного усилия, узел для создания растормаживающего усилия и узел для создания удерживающего усилия. Описаны основные конструктивные исполнения этих узлов, различные сочетания которых обеспечивают возможность создания значительного количества основных вариантов исполнения ЭМТУ.

Показано, что наличие целого ряда дополнительных требований, обеспечивающих ЭМТУ дополнительные функциональные свойства, обуславливает наличие большого количества конструктивных модификаций основных исполнений. В работе предложена классификация этих модификаций по функциональному назначению (см. рис. 1).

Проведен анализ известных конструкций ЭМТУ и приведены сведения о серийно выпускаемых ЭМТУ для электродвигателей. Описан целый ряд разработанных и запатентованных оригинальных конструкций ЭМТУ, обеспечивающих улучшение технико-экономических показателей ЭМТУ, например, с источником тормозного усилия в виде постоянного магнита [49], с уменьшением усилия тормозных упругих элементов в режиме удержания якоря [33, 37], с форсировкой замыкания за счет использования дополнительного тормозного электромагнита [34], с узлом для создания удерживающего усилия в виде постоянного магнита [47], с механическим фиксатором разомкнутого состояния ЭМТУ с одним [35, 38] или с двумя [40, 63] электромагнитами, с устройством для ручного размыкания [58], с автоматической компенсацией износа фрикционных накладок [53, 56], с уменьшенным люфтом вала [54, 65]. Приведены сведения о разработанных ЭМТУ, внедренных в серийное производство [2,4].

Составлена классификация СУ по функционально-конструктивным признакам (см. рис. 2). Проведен анализ известных СУ и описан целый ряд оригинальных запатентованных СУ, например, обеспечивающих форсировку замыкания ЭФТ за счет использования заряда предвключенного конденсатора [42, 48,66] или остаточной ЭДС обмотки статора [45]; с форсированной восстанавливаемостью к повторному включению [46]; с форсировкой срабатывания с тиристорны-ми регуляторами напряжения [39, 43], в том числе обеспечивающие стабилизацию тока удержания при колебаниях напряжения питающей сети [44].

Рис.1. Классификация конструктивных модификаций ЭМТУ

Рис.2. Классификация cicm управления ЭМТУ

Приводятся основные рекомендации, позволяющие проектировщику выбрать наиболее перспективный вариант исполнения ЭФТ и СУ в зависимости от области применения и предъявляемых эксплуатационных требованиях.

Показано, что качество работы ЭМТУ определяется, в первую очередь, конструкцией ЭФТ и фрикционными характеристиками используемых в нем материалов. Поэтому рассмотрены особенности условий работы узлов трения ЭМТУ для электродвигателей. Получено, что для реально возможных эксплуатационных режимов тепловые потери в узле трения, в отличие от традиционных тормозных устройств подъемно-транспортных механизмов, не оказывают доминирующего влияния на тепловое состояние узла трения, которое, в основном, определяется тепловым состоянием растормаживающего электромагнита и электродвигателя (см. рис. 3).

Приведены рекомендации по выбору материалов для фрикционных и ферро магнитных элементов контртел пары трения ЭМТУ различных типов. Показано, что общепринятый способ снижения износа путем увеличения твердости ферромагнитного контртела за счет его дополнительной термообработки или применения легированных сталей в данном случае не применим, так как в ЭМТУ по крайней мере одним из контртел является якорь растормаживающего электромагнита, который должен обладать удовлетворительными магнитными характе: ристиками (высокой магнитной проницаемостью и низкой остаточной намагниченностью). Приведены результаты экспериментальных исследований влияния термообработки якоря на величину и устойчивость тока удержания и изменение времени размыкания ЭМТУ (рис.4). Рассмотрены также особенности конструкции элементов узла трения ЭМТУ и влияние их обработки на величину тормозного момента.

Вторая глава посвящена математическому описанию электромеханических и электромагнитных процессов, протекающих в ЭМТУ в различных режимах работы, а также разработке методик расчета основных типов ЭМТУ.

Рассмотрены основные особенности динамических и статических режимов работы ЭМТУ. Показано, что их работа имеет циклический характер (рис. 5).

Приведены . основные базовые уравнения, описывающие работу ЭМТУ и допущения, обусловленные особенностями их конструкции и функционального назначения. Для упрощения введена также кус очно-линейная аппроксимация ве-бер-амперной характеристики магнитной цепи растормаживающего электромагнита. На этой базе составлена исходная система уравнений, позволяющая получить аналитическое решение и включающая уравнение электромагнитных переходных процессов в электрической цепи и в сплошном магнитопроводе, а также уравнение движения якоря ЭМТУ.

Закон изменения питающего напряжения и(1),. прикладываемого к обмотке ЭМТУ, зависит от использованной СУ. Показано, что несмотря на большое разнообразие СУ их можно в общем случае разделить на два класса: СУ, в которых

закон и(г) определяется только собственными параметрами схемы, и СУ, в которых закон и(г) зависит от соотношения параметров обмотки и СУ. В свою очередь, различные СУ, входящие в первый класс, были разбиты на две группы: СУ, построенные на основе одно- и двухполупериодных управляемых тиристорных выпрямителей. Это позволило получить обобщенный алгоритм расчета при использовании различных СУ как с форсировкой, так и без нее, входящих в первый класс. Для математического описания переходных и квазиустановившихся процессов использован метод конечных последовательных интервалов, при котором каждый период прикладываемого к обмотке напряжения состоит из двух интервалов - «импульс», и «пауза», первый из которых соответствует открытому состоянию тиристора, а второй - закрытому. Границы интервалов определяются моментом коммутации тиристоров, а мгновенное значение тока () на границе предыдущего интервала используется для определения постоянных интегрирования для расчета тока на последующем интервале. Рассмотрен случай, когда входное напряжение СУ изменяется синусоидально.

Двухполупериодный управляемый выпрямитель. Ток /т, протекающий по обмотке ЭМТУ на интервале «импульс» к-го периода, продолжительность которого равна + (где к = 1, 2, 3...), определен из решения исходных

где г = +(<а£,)г - полное сопротивление обмотки; у/н - начальная фаза напряжения (для к >2 имеем уг„ = 0); гв =/ — + ) - мгновенное значение времени на интервале «импульс» к-го периода; Л^ — а^/а- время, в течение которого тиристор на к-том периоде закрыт; аК - угол управления тиристором;

- сдвиг по фазе между напряжением и током; г = - постоянная времени; Аик- постоянная интегрирования; Ьп - индуктивность на л-ом интервале линеаризации.

На интервале «пауза» к-го периода при +Д/4)ток поддерживается

только за счет ЭДС самоиндукции. Тогда при и(г) = 0 решение уравнения (1) имеет вид

1л>(0 = Л,ехр(-Гя/г), (2)

где - мгновенное значение времени на интервале «пауза»; - посто-

янная интегрирования. Введение переменных ги и гн означает, что отсчет времени на интервалах «импульс» и «пауза» ведется от начала этих интервалов. Постоянные интегрирования определены из условия равенства токов на границах интервалов:

Переход с интервала «пауза» на интервал «импульс» к-го периода осугцеств-ляется при условии Переход с интервала «импульс» к-го периода

на интервал «пауза» (к+1)-го периода осуществляется при условии ('« +c'i/cl})¿.\/(2f). Текущее время г определяется как сумма длительности интер-

валов «импульс» и «пауза». Количество полупериодов напряжения питания, в течение которых осуществляется форсировка включения электромагнита, равно к = 2-(ф-/, где - длительность форсировки, определяемая параметрами СУ. Угол управления тиристором а* можно определить по формуле

а»=агссо5(я--и^/С/„-1). (4)

Текущие значения иср.к вычисляются по формируемой СУ зависимости среднего напряжения ис() на обмотке как в режиме форсировки, так и в квазиустано-вившемся режиме:

исрл ~ Iйср ('1-1) + "ч> ('« )]/2 (5)

Расчет зависимости Ь(1) производится следующим образом. Для различных значений В вычисляется потокосцепление у/=В£„-м, а по характеристике намагничивания материала магнитопровода В = /(Н) по величине Н рассчитывается ток, соответствующий каждому значению потокосцепления:..

/ = (2 В,8/Л + Н-1М)/*, (6)

где Sn - площадь полюса электромагнита; 8 и В, - воздушный зазор и индукция между полюсом и якорем; 1М - средняя длина магнитной линии; щ - число витков обмотки. Затем для каждого значения тока определяется величина индуктивности обмотки 1 = у/» и, таким образом, получается требуемая зависимость Ь(I) с учетом реальных физических свойств материала электромагнита и его конструкции. В дальнейшем для каждого текущего значения тока / по зависимости Ь(() определяется Ьп.

При использовании СУ с управляемым однополупериодным выпрямителем угол управления тиристором ак по величине которого определяется длительность интервала «пауза», рассчитывается по выражению -

Решение исходных уравнений на интервале «импульс» иметь вид: '„,. = -у"' ^(а*. + V. + а* - <Р) + ['„.* + ^г' +ак- <р)] ■ е"-'т

(8)

Ток на интервале «пауза» может быть рассчитан, как и прежде, по экспоненциальной зависимости (2) с учетом (3). Переход с интервала «импульс» на интервал «пауза» осуществляется по условию / /а ■

По всем остальным пунктам описанного выше алгоритма расчет переходного процесса в ЭМТУ с однополупериодным выпрямителем остается таким же, как с двухполупериоднымг Для СУ с неуправляемыми двух- или однополупериодным выпрямителями расчет производится по тем же формулам при подстановки в них щ = 0. СУ с балластными сопротивлениями, с двумя источниками питания, с переключением с двухполупериодного выпрямления на однополупериодное, в которых форсирующее напряжение Цф по истечении времени форсировки 1ф уменьшается до напряжения удержания 11у скачкообразно, могут рассчитываться в интервале времени 0 < I й ^ по предложенным формулам при у г ле= 0 .

Получена обобщенная математическая модель расчета переходных процессов при включении растормаживающего электромагнита через различные СУ. В

работе приведена блок-схема алгоритма расчета переходного процесса по этой модели. В исходных данных задается коэффициент iV„, величина которого определяется схемой выпрямителя: в случае однополупериодного выпрямителя берем Na= 1„ а в случае двухполупериодного - берем Na=2. Кроме того, в исходных данных задается кривая иср =f(l) среднего напряжения на обмотке электромагнита, однозначно определяемая выбранной СУ. Расчет тока на интервале «импульс» выполняется по формуле

'„. =N^--sm{atu +*/„ +а„ - ?>) + ['„«-N^-siп(у/, +ак -(/))}■ (9)

где N= ±1 - множитель, зависящий от схемы выпрямления: N= 1 - при двухпо-лупериодной схеме выпрямления; N=-1 - при однополупериодной схеме.

"' В работе показана процедура определение времени размыкания ЭМТУ tp с использованием полученных математических моделей.

В квазиустановившемся режиме работы (режим удержания), соответствующем промежутку времени < = 14- tj на рис. 5 (при t4 > *ф), даже при использовании СУ с управляемыми регуляторами напряжения режим форсировки окончен и угол управления тиристором а* = а = const. Следовательно, постоянные интегрирования Ак и Аш будут иметь фиксированные значения. Для этого случая получены выражения для тока электромагнита, например, при двухполупериодном выпрямлении:

sin(<aí, +а-<р) +

sin<р■ето -sin(a-<р)

1-

-*/г-»

(Ю)

ът<р -$т(а - д>)- е

"'г' 1-е""" • (И)

Поскольку на интервале «пауза» ток электромагнита затухает по экспоненциальному закону (11), то его минимальное значение будет в конце этого интервала (или в начале интервала «импульс» при 4=0):

/ Ли.

тп, z

sinp-e "" - sin(а-<р)е "

(12)

1 _е-»/«

• Соответствующие формулы выведены и для случая однополупериодного выпрямления.

Получено, что для надежной работы ЭМТУ необходимо выполнение следующего условия Imin =кзд*1, где к.д >1,5 - коэффициент запаса удержания; 1у - ток удержания, соответствующий условию равенства электромагнитного тягового усилия FM растормаживающего электромагнита и усилия тормозных пружин F .

пр

Расчет токов по полученным формулам может проводиться по блок-схеме расчета переходных процессов при включении. При этом необходимо учесть, что в режиме удержания Ucp=const, а вычисление зависимости L(i) должно проводиться с использованием формулы (6) при подстановке в нее S = Sq, где So - эквивалентный остаточный воздушный зазор между якорем и магнитопроводом, определяемый шероховатостями их сопрягаемых поверхностей.

В режиме удержания ток электромагнита получается пульсирующим от 1тах До 1щ1п (см. рис. 5). Максимальное значение тока 1шяхбудет в конце интервала «импульс» (или в начале интервала «пауза» при (п = 0). Например, для СУ с двухпо-лупериодным тиристорным выпрямителем из (11) получено

Vт $т<р-5т(а-<р)-е*

(13)

1-е **

Выведены зависимости для расчета среднего значения тока.обмотки электромагнита в режиме удержания и действующего значения напряжения на выходе СУ для различных схем выпрямления входного питающего напряжения. Получено также, что кратность форсировки определяется следующим соотношением:

=2/(1 + 0083), (И),

где Бф - МДС обмотки в момент включения ЭМТУ, т.е. при а -> 0.

Как показали проведенные исследования, предельное значение коэффициента форсировки для ЭМТУ составляет Кф= 15-20. Тогда независимо от схемы выпрямления угол управления в режиме удержания должен быть а <150° +155°

Проведены исследованиявлияния формы. прикладываемого к обмотке напряжения и собственных параметров ЭМТУ на характер протекания переходных процессов. В частности получено, что параметры быстродействия улучшаются при уменьшении Ь и Я обмотки, однако во втором случае увеличивается потребляемая мощность. При этом установлено, что при заданном значении Iр существует оптимальное соотношение между величинами Я и Ь. . .

Для учета влияния магнитных полей выпучивания на величину тягового усилия растормаживающего электромагнита выведена следующая зависимость:

15)

Здесь

5 и 5 .. ■

р внеш рви

расчетные площади внешнего и внутреннего полюсов:

(16)

(17)

где Б,, Б2 и Б3 ,Б4 - диаметральные размеры соответственно внешнего и внутреннего полюсов; Ья - толщина якоря.

Полученные результаты позволяют спроектировать ЭМТУ с минимальной потребляемой мощностью, исключив при этом возможность дребезга якоря.

Экспериментальные исследования опытных и серийных образцов ЭМТУ при их питании от СУ с различными типами тиристорных регуляторов напряжения показали хорошее совпадение опытных и рассчитанных по полученным формулам параметров (расхождения составляли не более 8 + 11 %).

Далее в работе рассмотрены переходные процессы при отключении ЭМТУ. Показано, что при отключении путем разрыва цепи между источником питания и СУ («разрыв со стороны переменного тока»), по цепи «обмотка электромагнита - шунтирующие диоды» в течении определенного времени будет протекать ток, поддерживаемый за счет энергии, запасенной в магнитном поле. Это приводит к задержке замыкания ЭМТУ. Ток электромагнита при этом на интерва-

ле времени 1тр откя=(} ~ и (см рис. 5) может быть рассчитан в зависимости от схемы выпрямления по соответствующим экспоненциальным законам, причем вычисление зависимости индуктивности обмотки Щ) должно проводиться, как и для режима удержания, при 5 = 6о- Получено упрощенное выражение для расчета времени замыкания /3 ЭМТУ с учетом параметров шунтирующих диодов без учета влияния вихревых токов в магнитопроводе. Для повышения точности расчета /3 был произведен учет демпфирующего действия массивного магнитопровода. Показано, что время зависит от соотношения величин магнитного потока в момент отключения питания в момент отпускания якоря (при котором тяговое усилие электромагнита равно тормозному усилию) и остаточного потока магни-топровода а также от суммарной постоянной времени , Последняя складывается из постоянной времени обмотки т и постоянной времени контура вихревых токов в стали Приняв распределение магнитного поля по сечению магни-топровода постоянным, так как обмотка полностью охватывает поперечное сечение магнитопровода и практически равномерно намагничивает все его сечение, и выразив величину магнитной проводимости входящую в через получено, что с учетом демпфирующего действия магнитопровода время Нравно:

Алрс м>2

Ылр

X

2 1 ¡Ж-О.

(18)

•'М.ир^гмк 1)

где /с - длина магнитопровода; 0Мпр - магнитная проводимость при притянутом якоре; Нс - коэрцитивная сила; кготк = Ф0тг/Фост - коэффициент запаса потока при отключении.

В работе показано, что одним из путей снижения Г, является обеспечение определенной величины остаточного воздушного зазора 6о между якорем и магни-топроводом в режиме удержания. Проведенные исследования функции г3=/(ОМ.ир) по (18) показали, что она имеет точку экстремума, которая является точкой максимума этой функции. Поэтому при проектировании и изготовлении ЭМТУ класс чистоты обработки сопрягаемых поверхностей якоря и магнитопровода должен обеспечивать выполнение следующего неравенства

8, <8а <80

(19)

где

наиболее неблагоприятный остаточный зазор: 0,4-В^ ~ ц*

(20),

•'Млр

В этом выражении значение 0'М.Г является приближенным решением следующего трансцендентного выражения, полученного из (18)

1п-

ф

(21)

-1) ф„„ -1снс0и„

Показано, что в ЭМТУ с использованием форсировки целесообразно выполнять 80 < 8а '(для снижения требуемой потребляемой мощности в режиме удержания). Если режим форсировки не предусмотрен, то надо выполнять 8а>80 1[для снижения ^ за счет уменьшения Фшч)-

Рассмотрены особенности проектирования растормаживающего электромагнита ЭМТУ. Показано, что наружный и внутренний диаметры магнито-провода ограничены размерами электродвигателя и при проектировании могут варьироваться только высота паза и площадь полюсов S„. Для определения оптимальных показателей электромагнита при заданных параметрах быстродействия, была получена зависимость времени размыкания ЭМТУ от средних значений индукции трогания Втр и установившейся индукции Bv:

(22)

гдеЛ = 2^0-Р'„¡¡[jpx-D„(2 + -^—^—)]; j — плотность тока; Р„в - тормозное уси-7 ' 2 3-fi.

лие; Dp - средний диаметр обмотки; [Ла - абсолютная магнитная проницаемость стали.

Поскольку индукция By пропорциональна току удержания и соствгкткнно, потребляемой мощности Рм, а индукция Втр зависит от индуктивности и, таким образом, площади полюсов S,,, то выражение (22) в неявном виде представляет собой функциональную связь между ip, PM и геометрией растормаживающего электромагнита. Геометрическая интерпретация этой зависимости приведена на рис. 6, а. Полученный график представляет собой нелинейную, вогнутую поверхность, асимптотически приближающуюся одной стороной к фронтальной плоскости 0Bt/Ap, а другой - к плоскости, разделяющей этот квадрант пополам. Физически это означает, что при Втр = 0 и Втр = Ву электромагнит не работоспособен, т.е. имеет tp = оо. Для определения оптимальных параметров электромагнита при заданном времени t рассекаем полученную поверхность горизонтальными плоскостями t = const. Полученные линии пересечения Ву =j{Bmp) имеют, как видно из рис. 6, б, явновыраженные точки экстремума. Это означает, что при заданной величине t имеется электромагнит, имеющий минимальную потребляемую мощность и габариты. Исследование функции (22) при tp — const на экстремум приводит к трансцентдентному уравнению, приближенное решение которого имеет вид

Поскольку индукцию трогания Втр можно определить из условия, что в момент трогания якоря электромагнитная сила растормаживающего электромагнита равна тормозному усилию,.то по первому выражению (23) можно вычислить величину tp, а по второму - Ву и, соответственно,,1у и сечение проводника. При этом показано, что заданное значение напряжения на обмотке и допустимая плотность тока однозначно определяют число витков w обмотки.

. Рассмотрены особенности расчета магнитоэлектрических тормозных устройств с узлом создания тормозного усилия в виде постоянного магнита. Показано, что в таких ЭМТУ значение тормозных усилий Fm определяется двумя величинами - тяговым усилием Fm создаваемым разностью потока Фм постоянного магнита и потока Ф,я электромагнита, и силой упругости Fnp возвратной пружины, то есть Fm-FM- F„p.

о)

Рис. 6. Геометрическая интерпретация времени размыкания ЭМТУ от средних значений индукции трогания Вщ, и установившейся индукции В/.

а) график зависимости tp от Втр и Ву; б) зависимость, показывающая как надо изменять Ву при изменениях Втр с целью сохранения времени размыкания tp = const; в) зависимость времени размыкания tp от индукции трогания Вщ, при By = const; г) зависимость времени размыкания tp от установившейся индукции г) Ву при Втр = const

На рис. 7 показана зависимость оттока/обмотки. В области I потоки

Фпм И Ф3, действуют согласно и Гт > С^яо = Ры ~ Рпр - тормозное усилие при / =0). В областях II, III, IV потоки действуют встречено, причем в диапазоне токов 0<л<л2 поток Ф,м > Фм, при = ;2 поток Фт = Фэл ,а при токе > ;2 имеем Ф„м< Фзл. В области II якорь притянут к магнитопро-воду избыточным потоком Ф„ = Фд„ — фм а в области IV - избыточным потоком Фт ~ Фзл -Фпм- Тормоз разомкнут только в области III, величина которой определяется силой упругости возвратной пружины Рпр.

В реальных условиях эксплуатации всегда имеет место разброс тока обмотки за счет колебаний напряжения сети и нестабильного теплового состояния обмотки, а также технологического разброса параметров постоянных магнитов и магнитной цепи тормоза. С учетом границ допусков на отклонение указанных факторов, получены аналитические выражения для расчета требуемого усилия обеспечивающего надежность работы и оптимальные выходные показатели ЭМТУ.

На основании анализа существующих ЭМТУ предложены основные рекомендации и методики расчета, позволяющие выполнять разработку наиболее рационального варианта тормозного фрикционного узла пружинных ЭМТУ,

обеспечивающего заданные эксплуатационные показатели тормоза с учетом основных требований триботехники. Методика включает в себя конструирование и расчет фрикционной пары трения, а также расчет и выбор тормозных пружин.

На основании результатов теоретических исследований разработаны методики расчета двух базовых конструкций ЭМТУ, отличающихся исполнением узла создания тормозного усилия Рт: пружинных ЭМТУ, в которых Рт создается витыми цилиндрическими пружинами сжатия, и магнитоэлектрические ЭМТУ, в которых Бт создается магнитным полем постоянного магнита. Показано, что при проектировании этих двух базовых исполнений имеются принципиальные различия в подходе к разработке конструкции и расчету не только тормозного узла, в состав которого входит узел создания Бт, НО И ЭМТУ в целом. Растормаживание каждого из указанных типов тормозных устройств осуществляется при помощи растормаживающего электромагнита. При этом, в силу особенностей конструктивной компоновки, магнитная цепь ЭМТУ с постоянными магнитами получается разветвленной, что накладывает особенности на ее расчет.

Для каждого базового типа ЭМТУ разработана своя методика предварительного расчета, позволяющая определить по данным технического задания наиболее целесообразный вариант основных геометрических размеров и об-

I л 11 III IV

; \ !

\ | \ 1 \ ( /

_ а?___ .» ч

Рис. 7. Зависимость тормозного усилив от тока в обмотке электромагнита1

моточных данных ЭМТУ. Именно эта задача является наиболее сложной и многовариантной при проектировании тормозных устройств, обеспечивающих высокие технико-эконрмические показатели. В дальнейшем этот вариант ЭМТУ может быть взят в. качестве исходного для оптимизации с использованием разработанных методик. При этом выходные динамические и статические показатели спроектированного ЭМТУ необходимо уточнить, используя разработанные математические модели переходных и квазиустановившихся режимов работы с учетом выбранной СУ. Приведены примеры практического использования разработанных методик расчета.

Третья глава. При составлении приведенных в гл. 2 математических моделей переходных процессов, протекающих в ЭМТУ, предполагалось, что закон изменения прикладываемого к обмотке напряжения, формируемый схемой управления, известен. Однако, при использовании некоторых СУ, например, с предвклю-ченными элементами (рис. 8), бывают неизвестными моменты времени, когда коммутируют полупроводниковые элементы, и закон изменения напряжения определяется соотношением параметров обмотки и СУ. В этом случае расчет режима включения ЭМТУ необходимо проводить с учетом переходных процессов, протекающих в схеме управления. В качестве примера рассмотрен расчет переходного процесса в тормозном устройстве, питающимся через однополупе-риодный выпрямитель с предвключенной емкостью (см. рис.8,а).

Каждый период переходного процесса представляется состоящим из двух последовательных интервалов, разделенных моментами коммутации диода. Примем . что, на первом интервале диод закрыт, и конденсатор заряжается через обмотку и :переходной процесс описывается следующим уравнением:

(24)

<: и~. ¡Л+муж + - ¡¡^ + ис(0),

где и = ит$т(сЛ'+ у/¡) - напряжение сети; Я = + Кв„ - суммарное сопротивление цепи заряда конденсатора; Ян - сопротивление обмотки; /?„„ •- сопротивление внешней цепи по отношению к обмотке; С- емкость предвключенного конден-сатора;ис(0)- напряжение на.конденсаторе в момент включения; ¡с и ¡И -токи конденсатора и обмотки ЭМТУ. В течение 1-го интервала ¡е = /„. Когда напряже-

ние на конденсаторе достигает и становится больше величины напряжения сети

"с/ ¿u¡ (25)

диод открывается и шунтирует оомотку.

Начиная с этого момента времени, конденсатор разряжается через сеть, минуя обмотку, в связи с чем ток ic изменяет направление, увеличиваясь с течением времени, а ток ^ поддерживается за счет энергии магнитного поля и замыкается - по шунтирующему диоду. Таким образом, возникает новый переходной процесс, и схема разделяется на две отдельные цепи, для каждой из которых может быть записано свое уравнение

" = ¡A + i \i4t + и/0); (26)

Последние уравнения записаны без учета сопротивления шунтирующего диода в прямом направлении. Начальные условия для их решения:

Здесь \j/z= Щ + cotí, uc¡, i„i, u¡(0) - напряжение на конденсаторе, ток нагрузки и напряжение сети в момент времени t = t¡.

В конце II - го интервала, когда выполняется условие

h>ic (29)

диод запирается и в цепи имеет место переходной процесс, - описывающийся уравнением (24) с новыми начальными условиями: и = u¡(0) = U„ Sin(y/¡+úX;>); и(0)= иС2; iH(0) = iH2, где ис2 и iH2 - напряжение на конденсаторе и ток нагрузки при t = t. Данный режим работы продолжается до момента времени t3, когда опять диод коммутирует.

Таким образом, работа схемы характеризуется последовательным чередованием двух режимов, описанных выше. Обобщая, можно утверждать, что на интервалах, имеющих нечетный номер, переходной процесс описывается уравнением (24), а на четных интервалах - уравнениями (26) и (27). Расчет переходного процесса сводится к поочередному решению этих уравнений, определению по условиям (25) и (29) границ интервалов, на которых данные уравнения справедливы, и стыковке решений на границах интервалов согласно начальным условиям типа (28). При допущении постоянства индуктивности обмотки растормаживающего электромагнита задача имеет аналитическое решение. Как показывает анализ, при использовании схем с предвключенной емкостью для повышения быстродействия электромагнитов соотношение параметров R, L, С должно быть таким, чтобы характеристическое уравнение имело сопряженные комплексные корни. В качестве примера на рис.9 приведены результаты расчета переходных процессов .в ЭМТУ электродвигателя 4АМ80В4 при использовании СУ по рис 8.6.

Для ЭМТУ, питаемых через СУ с предвключенными конденсаторами, разработан способ повышения быстродействия их замыкания. Предложено за счет наличия заряда этих конденсаторов после отключения питания прикладывать к обмотке ЭМТУ напряжение, направленное встречно току самоиндукции этой обмотки, что приводит к быстрому спаду тягового усилия и форсирует перевод ЭМТУ в режим торможения. Разработаны соответствующие СУ и методики расчета их оптимальных параметров.

-2

О■ 0,02• 0,04 0,06 0,08. 0,1 0,12 (,С

О 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 I, с

■ 6>

Рис.9. Кривые изменения тока (а) » напряжения (б): 1,2 - экспериментальная и расчетная кривые тока в обмотке;

3 - ток через рабочий конденсатор; 4 - напряжение на обмотке;

5,6-напряжение нерабочем и пусковом конденсаторах

Линейные модели переходного процесса обеспечивают достаточно высокую точность определения электрических параметров (тока, потребляемой мощности и др.), но не учитывает реальные процессы, происходящие при проникновении электромагнитной волны в. сплошной магнитопровод. Это не позволяет точно рассчитать зависимость изменения потока во времени, определяющего скорость нарастания электромагнитного тягового усилия растормаживающего электромагнита. Поэтому для повышения точности расчета параметров быстродействия ЭМТУ в его математическую модель необходимо ввести уравнение, описывающее динамику проникновения электромагнитной волны в полюс и исследовать таким образом нелинейные модели переходных процессов в электромагнитной системе;. Дан анализ методов решения задач теории поверхностного эффекта. Показано, что наиболее приемлемым для расчета ЭМТУ является метод совместного решения дифференциальных уравнений цепи и поля, позволяющий проводить расчеты по мгновенным значениям компонент электромагнитного процесса. В качестве примера приведен расчет переходного процесса в ЭМТУ с

предвключенным конденсатором. Показано, что задача сводится к поочередному решению двух систем уравнений. Первая система описывает электромагнитный процесс на нечетных интервалах и содержит уравнение (24) и уравнение, описывающее процесс проникновения электромагнитной волны в ферромагнитный сер-

где Я- напряженность магнитного поля; дифференциальная магнитная проницаемость; г- пространственная координата.

Вторая система уравнений описывает процессы на нечетных интервалах и содержит уравнения (26), (27)и (30). Граничные условия для решения уравнения (30) получены в следующем виде:

а) на внутренней поверхности полюса, то есть со стороны обмотки, при г=0

7/(0,0= !;'*(0/ (ЗБ

б) на внешней поверхности полюса, при р=а (а- радиальная толщина полюса)

?|..-0 (32)

Для решения уравнения (30) были получены аналитические зависимости, в виде трех функций, аппроксимирующих кривую иф —/(Н) таким образом, что на границах соответствующих областей значения этих функций и их производные одинаковы.

В общем случае расчет переходного процесса представляет собой поочередное решение указанных систем уравнений, определение из (25), (29)границ интервалов и стыковку решений по начальным условиям. При этом расчет уравнения (30) производится численным методом путем определения Н при дискретных значениях координаты г с шагом Лг, который выбирается таким, чтобы Нв пределах южно было считать постоянной. Показан также процесс расчета переходного процесса в электромагнитной системе при отключении ЭМТУ. В случае применения любой другой СУ порядок расчета переходного процесса остается таким же. Изменяются только уравнения цепи и условия, при которых коммутируют полупроводниковые элементы.

В работе приведены результаты экспериментальной проверки достоверности и точности полученных в главах 2 и 3 аналитических зависимостей и методик расчета переходных процессов, протекающих в ЭМТУ при включении и отключении питания. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных данных позволяет сделать вывод о достаточно высокой точности разработанных математических моделей и алгоритмов расчета. Это позволило провести аналитические исследования и анализ переходных процессов в электромагнитной системе тормоза и предложить ряд конкретных практических рекомендаций по выбору оптимальных параметров ЭМТУ при его проектировании и изготовлении.

Далее в работе произведено исследование взаимного влияния электродвигателя (ЭД) и ЭМТУ в переходных режимах. В общем случае, ЭМТУ и ЭД имеют не только механическую связь через фрикционный узел, но и электриче-

скую связь обмоток. Например, при форсировке растормаживания вала путем использования пускового тока ЭД обмотка ЭМТУ подключается последовательно в фазу статора по специальным схемам, приведённым в работе . Составлена система дифференциальных уравнений, описывающая динамические процессы в электродвигателе, содержащем встроенный ЭМТУ. Показано что уравнение движения ротора тормозного электродвигателя в общем случае имеет следующий вид:

+ = (33)

где ^суммарный момент инерции ротора, вращающихся частей ЭМТУ и приводного механизма, приведенные к оси машины; Мс-статический момент нагрузки; Мт{г) - тормозной момент ЭМТУ; Мэм(г) - электромагнитный момент двигателя.

Расчет переходного процесса при пуске разбит на два этапа. На первом этапе значение Ыт(() за счет увеличения тягового усилия растормаживающего электромагнита^ (0 начинает уменьшаться от ...... До нуля по следующему закону:

Мт(0 = МТмом -(1- /рпр), (34)

где МТ.ном - тормозной момент при отключенном питании.

На втором этапе, по истечении времени гр, т.е. при выполнении условия ¥щ, якорь ЭМТУ отойдет от тормозного диска и в (33) будет Мт = 0.

Переходной процесс при отключении тормозного электродвигателя разбит на три этапа. На первом этапе (от отключения до начала движения якоря Математическая модель переходного процесса совпадает с моделью обычной машины. На втором этапе (от начала движения до возникновения на валу тормозного момента) математическая модель дополняется уравнением движения якоря:

(35)

где т -масса якоря; х-перемещение якоря; к и Н0 - жесткость и начальная длина

тормозных пружин; Рш-сила трения.

На третьем этапе справедливоуравнение (33)при Мэм=0

На рис. 10 в качестве примера приведены результаты расчета режима пуска тормозной модификации АД. Видно, что способ управлеш!Я ЭМТУ, определяющий величину гр, оказывает значительное влияние не только на процесс разгона ротора,-но и на электромагнитные параметры двигателя. В частности, наличие

Рис.10.Динамическне характеристики асинхронного двигателя типа 4А80В4 со встроенным ЭМТУ:

а - фазные токи статора; б - кривые разгона ротора (1-е предварительно разомкнутым ЭМТУ;

2 - ЭМТУ с форсировкой предвключенным конденсатором; 3 - ЭМТУ с обмоткой в фазе статора; 4 - ЭМТУ без форсировки последовательно включенного ЭМТУ вызывает асимметрию фазных токов, нагружая одну из фаз статора током с постоянной составляющей (см. рис. 10,а).

Исследования показали: при M{t) > Мм(0 двигатель находится в режиме к.з., продолжительность которого зависит от величины tp и скорости нарастания Мэм; увеличение tp приводит к увеличению пульсации Мм /величина и время достижения максимума ударного значения Мм практически не зависит от величины tp /наличие ЭМТУ несколько снижает эффект перерегулирования скорости ротора; способ выпрямления напряжения, прикладываемого к ЭМТУ, значительного влияния на процесс разгона ротора не оказывает.

Достоверность и точность предложенных математических моделей переходных режимов подтверждена экспериментальными исследованиями асинхронных двигателей серии 4А, которые показали хорошую сходимость расчетных и опытных результатов (рис. 11). Анализ результатов расчетов режимов пуска и остановки тормозных электродвигателей в диапазоне осей вращения от 71 до 132 ммпоз-волил предложить конкретные рекомендации по выбору оптимальных параметров быстродействия ЭМТУ. Например, на рис. 12 показана зависимость времени разгона ротора от величены tp ЭМТУ, из которой видно, что проектировать ЭМТУ с tp < 25+-30 мс нецелесообразно, т.к. уменьшение tp ниже этих значений практически не скажется на времени разгона ротора, но приведет к возникновению больших динамических усилий в ЭМТУ и вызовет дополнительные трудности по обеспечению его работоспособности. Установлено, что при времени замыкания

М,1МГшы -, njn, отиед

1.Í

0.8

0.4

У-

N >< ■i /г // у !

À // /г -расчет ----опыт

/ Рт*

i У Яг*

А |\

Vf 1.U

0 20 40 60

Рис. 11. Изменение тормозного момепта ЭМТУ и частоты вращения ротора при пуске асинхронного тормозного электродвигателя:

1 и 1 - тормозной момент А/г и частота вра- -щения ротора при кф = 1; 2 и 2' - то же при кф = 5; 3' - частота вращения ротора при пуске с предварительно разомкнутым ЭМТУ

мл

«s

Рис. 12. Зависимость времени разгона ротора от времени размыкания ЭМТУ для - асинхронных тормозных' электродвигателей в диапазоне высот осей вращения А = 71+132 мм {¿рю-о ~~ время раз-

гона ротора АД без тормоза)

1з< 40+50 мс полное время торможения вала ЭД практически зависит лишь от одного параметра.ЭМТУ - величины Мтнм » причем указанные значения (3 могут

быть обеспечены только при принудительном гашении тока самоиндукции обмотки ЭМТУ за счет использования специальных СУ, приведенных в работе.

В четвертой главе приведены описание алгоритмов и блок-схем поверочного и поискового расчетов ЭМТУ, разработанных на базе методик предварительного расчета, приведенных в главе 2. Рассмотренные вопросы оценки теплового состояния ЭМТУ в различных режимах работы. На базе решения дифференциального уравнения теплопроводности с учетом конструктивных особенностей ЭМТУ получено выражение для определения максимальной по условиям нагрева обмотки величины форсировочного напряжения при заданной длительности режима форсировки 1ф„ задаваемой СУ:

Щ-ЦЪ-с-г-рНф, (36)

где - общая длина обмоточного провода; - удельные вес, сопротивление

и теплоемкость материала обмотки; - допустимый нагрев обмотки при выбранном классе нагревостойкости ее изоляции.

Описана также последовательность оптимизационного расчета ЭМТУ. При этом показано, что наиболее сложная и многовариантная задача при поиске оптимального варианта ЭМТУ заключается в определении оптимальной СУ. Для уменьшения объема вычислений предложено разделить задачу поиска на два этапа. На первом этапе совместно с ЭФТ оптимизируется только характеристика выходного сигнала СУ без рассмотрения схемного решения этой СУ. Определив оптимальные количественные характеристики закона изменения среднего напряжения на обмотке иср=/(1) (а именно, форму кривой напряжения, длительность и кратность кф форсировки и т.д.), на втором этапе по полученным данным строятся различные СУ, среди которых выбирается оптимальный вариант по массога-баритным, стоимостным или техническим показателям (например, по допустимой частоте включений, удобству наладки и обслуживания, показателям надежности и срока службы и т.п.). В целом, в качестве критерия оптимальности коп для ЭМТУ общепромышленного назначения предлагается следующая величина:

Кт=С^ См+Сс+Р 1Ра6 С„ (37)

где С,у - стоимость СУ; См и Сс - стоимость меди и стали ЭФТ; Р-потребляемая мощность в квазиустановившемся режиме; ¡!раб-продолжительность работы ЭМТУ за весь срок службы; -стоимость электроэнергии.

В качестве примера практической реализации разработанных алгоритмов и методик оптимального проектирования ЭМТУ приведены результаты разработки пружинных тормозных устройств для высокомоментных электродвигателей типов ВЭМ-1и ВЭМ-2 (ТУЗ-13М-86 и ТУЗ-14М-86) и серии малогабаритных тормозных устройств с постоянными магнитами типа ТПМ (ТУЗ-179М-89) для станкостроения и робототехники, внедренных в серийное производство. Конструкции указанных ЭМТУ приведены на рис. 13, а их общий вид на рис. 14. Пружинные ЭМТУ для ВЭМ имеют СУ с тиристорным регулятором напряжения, изображенным на рис.15 [43]. Сравнение технических показателей разработанных ЭМТУ и лучших отечественных и зарубежных аналогов, приведенное в работе, показывает высокий технический уровень разработанных тормозных устройств современному техническому уровню, что подтверждает эффективность разра-

ботанных методик расчета. Одновременно анализ полученных результатов свидетельствует о хорошей сходимости опытных и расчетных параметров.

Рис. 13. Конструкции безлюфтовых ЭМТУ: а) для двигателей типа ВЭМ; б) типа ТОМ; 1 - фрикционные накладки; 2 - упругий тормозной диск; Д -г якорь; 4- тормозные пружины; 5 - цанга; 6 - вал: 7 - подшипниковый шит; 8 - направляющие штифты; 9 - фланец; 10-обмотка; // - постоянный магнит; 12 - внутренний полюс; 13 - внешний полюс

Рис. 14. Общий вид безлюфтовых ЭМТУ: а) для двигателей типа ВЭМ; б) типа ТПМ

Рис.15. Схема управления ЭМТУ с тиристорным регулятором напряжения

Показаны возможности улучшения технико-экономических показателей магнитоэлектрических ЭМТУ с постоянными магнитами конструктивным путем. Описаны две разработанные и запатентованные конструкции [55,62]. В [55] предложено якорь выполнять составным из отдельных сегментов, а тормозной диск -в виде упругой многолучевой звезды, основания которой закреплено на валу, а ее концы - к сегментам якоря, причем по меньшей мере на двух симметричных относительно вала сегментах могут быть выполнены выступы, а на тормозной по-верхностн магнитопровода - углубления. В [62] предложено внутренний полюс установить с зазором 8 к якорю. Аналитическим путем получено, что величина 5 должна удовлетворять следующему неравенству:

где R¡j¡ и Rm - наружные радиусы наружного и внутреннего полюсов; R„i и R,2 -внутренние радиусы наружного и внутреннего полюсов; ц- относительная магнитная проницаемость магнитопровода; l-средняя длина магнитной линии потока постоянного магнита.

Эффективность разработанных конструкций и точность полученного уравнения (38) подтверждены экспериментальными исследованиями.

Пятая глава посвящена вопросам надежной эксплуатации ЭМТУ. Показано, что при работе тормозного электродвигателя возможно возникновение двух аварийных, режимов, обусловленных неисправностью ЭМТУ- работа под напряжением с заторможенным валом и сохранение расторможенного состояния после отключения напряжения. Перечислены причины возникновения указанных аварийных режимов, из которых следует, что они возникают не только в следствие внезапного выхода из строя различных элементов ЭМТУ или неправильного действия персонала на стадии изготовления и эксплуатации, но и в процессе нормаль-

ной работы по мере износа фрикционных поверхностей и старения изоляции. Показано что наиболее перспективными являются бесконтактные способы контроля состояния ЭМТУ, которые можно разделить на два класса - статические, осуществляющие контроль за установившимся положением якоря относительно маг-нитопровода, и динамические, осуществляющие контроль за фактом движения якоря.

Приведены описания целого ряда разработанных и запатентованных устройств контроля, реализующих статический метод и использующих при этом различные физические явления, протекающие в ЭМТУ при изменении положения якоря. Устройство контроля, основанное на изменении индуктивности обмотки растормаживающего электромагнита в зависимости от величины воздушного зазора в его магнитной цепи между якорем и магнитопроводом, описано в [41]. Это устройство позволяет контролировать состояние ЭМТУ в установившемся режиме работы. Для осуществления контроля положения якоря непосредственно сразу после подключения электродвигателя разработано устройство, описанное в [59]. Оно содержит магнитоуправляемый элемент (например, магнитодиод), параметры которого зависят от величины потоков рассеяния между якорем и магнитопроводом, т.е. от положения якоря. Данное устройство при невыполнении хотя бы одного из обязательных условий нормальной работы (т.е. или тормоз не разомкнулся и вал электродвигателя остался заторможенным, или тормоз внезапно замкнулся при вращающемся роторе, или двигатель ошибочно подключен с расторможенным вручную тормозом, или произведено подключение с неисправным тормозом, когда он разомкнут в следствии заклинивания якоря, поломки или заедания тормозных пружин и т.п) отключит электродвигатель от источника питания, не позволяя ему работать в аварийных режимах.

Описано так же устройство, обеспечивающее контроль не только за размыканием тормоза при включении питания, но и за его замыканием после отключения обмотки [52]. Это устройство применимо для магнитоэлектрических ЭМТУ. При помощи магнитоуправляемого элемента, например геркона, установленного вблизи постоянного магнита с возможностью взаимодействия с его полями рассеяния, оно реагирует на положение якоря. Особенности конструкции ЭМТУ с постоянным магнитом реализованы также в устройстве контроля, описанном в [50]. Его работа основана на том, что постоянные магниты имеют большое электрическое сопротивление, а после притягивания якоря к полюсам они шунтируются низкоомной цепью из сопротивлений полюсов и якоря. Описанное устройство позволяет контролировать это изменение.

Далее описаны устройства контроля, регистрирующие движение якоря. Их работа основана на том, что при движении якоря в кривой тока обмотки появляется характерный провал за счет возникновения противоЭДС в следствие изменения индуктивности (см. рис. 5). В работе проведены описания ряда разработанных и запатентованных устройств [57, 60, 61, 64], которые устанавливают факт срабатывания ЭМТУ путем обработки кривой тока. Одно из них содержит (см. рис. 16) дифференцирующий элемент 5, который совместно с первым пороговым элементом б преобразует кривую нарастания тока в обмотке 3 и соответствующее

ему-напряжение 14 на выходе нагрузочного элемента 4 в прямоугольные импульсы напряжения 16, разделенные в случае движения якоря на две «пачки» импульсов (при отсутствии движения такого разделения не будет). Эти импульсы интегрирующим элементом 7 преобразуются в пульсирующее напряжение 17, которое подзаряжает емкость, входящую в этот элемент, до своего амплитудного значения и. Во время паузы между импульсами емкость разряжается до напряжения и'с, причем в интервале времени, который соответствует движению якоря, т.е. за промежуток времени и,- к между «пачками» импульсов, она разряжается до величины [/", ниже напряжения отключения иотКП второго порогового элемента 8. В этом случае триггер и инвертор, входящий во второй пороговый элемент, формируют на выходе два прямоугольных импульса 19. Если движения якоря не было, т.е. ЭМТУ не разомкнулся, то на выходе будет только один импульс. Количество импульсов подсчитывается счетчиком 9 и при поступлении на его вход двух импульсов на его выходе появляется сигнал 20, под действием которого срабатывает реле индикатора 10, информируя о факте размыкания ЭМТУ [57].

.. Для ЭМТУ с предельно.высоким быстродействием разработано устройство контроля [60]. Оно содержит элемент «исключающее ИЛИ», на входы которого через пороговые элементы подаются синхронизированные по фазе прямоугольные сигналы, один из которых соответствует питающему напряжению, а второй -продифференцированному .току обмотки. В период движения якоря импульсы во втором сигнале будут. отсутствовать, за счет чего на выходе «исключающего ИЛИ» появится сигнал, показывающий, что ЭМТУ сработал.

Описаны также бесконтактные устройства контроля [61, 64] не требующие, в отличие от двух предыдущих конструкций, индивидуальной настройки для конкретного ЭМТУ и, таким образом, более удобные в эксплуатации. Все описанные устройства диагностики состояния ЭМТУ прошли экспериментальную проверку, подтвердившую их работоспособность и эффективность. Приведено подробное описание одного из внедренных в эксплуатацию устройств по [57]. Оно имеет следующие параметры: входное сопротивление блока управления, шунтирующее обмотку тормоза - не менее 100 кОм; минимальное время - между отключением тормоза от сети и последующим его включением, необходимое для подготовки устройства к очередному циклу работы- не более 0,2с; максимально допустимая амплитуда напряжения, прикладываемого к блоку управления - не более 620 В, минимально допустимая - не менее 70 В; потребляемая мощность -не более 1,8 Вт; габаритные размеры -175 х 125 х 23 мм.

Даны рекомендации по выбору ЭМТУ для конкретных электроприводов, подготовки их к работе, проверки параметров и эксплуатации. Рассмотрены так же вопросы испытаний тормозных электродвигателей. Поскольку они эксплуатируются в режимах частых пусков и торможений, то контроль их нагрева необходимо осуществлять непосредственно в эксплуатационных режимах. Для этого разработан способ формирования измерительного постоянного тока из рабочего переменного [31, 36], а также способ подключения источника постоянного тока в цепь обмотки [33]. Описан пример конкретного исполнения устройства измерения температуры на базе [33] и расчетные формулы для определения параметров его элементов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе выполнено комплексное решение научной проблемы, включающей создание теоретической базы и научно обоснованных шгженерных методик расчета быстродействующих ЭМТУ для электродвигателей, а также разработку новых конструкций, схем управления и устройств диагностики и внедрение полученных результатов в практику проектирования и эксплуатации тормозных устройств данного класса.

При решении этой проблемы получены следующие основные результаты:

1. Проведен анализ основных особенностей динамических и статических режимов работы ЭМТУ, на базе которого обоснованы допущения и составлена система исходных уравнений, описывающая переходные процессы в электрической и магнитной цепях растормаживающего электромагнита.

2. Разработана математическая модель расчета переходных процессов, протекающих в ЭМТУ в различных режимах работы при питании от СУ, содержащих одно- или двухполупериодные тиристорные управляемые выпрямители. Показано, что расчеты при СУ других типов являются частным случаем этой обобщенной модели. Составлена структурная схема алгоритма расчета переходных и квазиустановившихся режимов работы.

ЮС. НАЦИОНАЛЬНАЯ | БИБЛИОТЕКА | СПтрбург | 09 КО ш I

3. Получены аналитические выражения для расчета электрических параметров ЭМТУ в квазиустановившемся режиме работы (режим удержания якоря) при использовании различных СУ.

4. Получены аналитические выражения для расчета параметров быстродействия ЭМТУ с учетом задержки движения якоря вследствие наличия тока самоиндукции в обмотке и вихревых токов в массивном магнитопроводе.

5. Приведен способ снижения времени замыкания путем обеспечения оптимальной величины эквивалентного воздушного зазора между якорем и магнито-проводом в расторможенном состоянии ЭМТУ.

6. На основании теоретических исследований получены аналитические выражения, позволяющие определять оптимальные параметры растормаживающего электромагнита, обеспечивающие минимальные габариты и потребляемую мощность при заданных тормозном моменте и времени размыкания ЭМТУ.

' 7. Показаны особенности расчета.ЭМТУ с постоянными магнитами. Получены аналитические выражения для определения оптимального значения упругости возвратной пружины, обеспечивающей при максимально возможном тормозном моменте надежную работу тормоза при колебаниях напряжения сети, изменении нагрева обмотки, технологическом разбросе параметров постоянного магнита и магнитной цепи.

8. Проведен сравнительный анализ различных конструктивных исполнений ЭМТУ и схем их управления и предложены рекомендации по выбору наиболее приемлемых конструкций и СУ, позволяющих при заданных требованиях обеспечить наиболее высокие технико-экономические показатели.

Проанализированы условия работы и особенности конструкции элементов узла трения ЭМТУ различных типов для электродвигателей. Даны рекомендации по выбору материалов для этих элементов и показано влияние их технологической обработки на выходные показатели ЭМТУ.

Я Предложены рекомендации и методики по конструированию и расчету основных элементов тормозных фрикционных узлов с учетом требований триботехники и особенностей их работы в ЭМТУ для электродвигателей.

.ДО. На базе аналитических и экспериментальных исследований ЭМТУ, содержащих "схему форсировки с предвключенной емкостью, получена обобщенная математическая модель расчета режима включения ЭМТУ с учетом переходных процессов, протекающих в СУ.

Л1. Предложен инженерный метод расчета вихревых токов и процесса проникновения электромагнитной волны в массивный сердечник растормаживающего электромагнита и учета их влияния на динамические характеристики ЭМТУ в различных режимах работы. Показано, что полученная математическая модель является универсальной, и при использовании других типов СУ общий порядок расчета и последовательность решения уравнения поля сохраняются. Изменяется только уравнение цепи и условия, при которых коммутируют полупроводниковые элементы СУ.

12. Проведена экспериментальная проверка достоверности и точности разработанных математических моделей» показавшая хорошую сходимость расчетных и опытных данных. На основании полученных данных исследовано влия-

ние фазы напряжения сети, параметров электромагнита и величины предвклю-ченной емкости на время размыкания ЭМТУ.

13. Разработаны инженерные методики предварительного расчета ЭМТУ различных типов с заданным комплексом эксплуатационных свойств, включающие расчет геометрии и обмоточных данных ЭМТУ и основных выходных характеристик. Приведены примеры их практического использования.

14. Проведено аналитическое и экспериментальное исследование влияния ЭМТУ на режимы пуска и остановки электродвигателя. Для этого составлены уравнения переходных процессов, протекающих в тормозных асинхронных двигателях, и проведено испытание таких машин в широком диапазоне изменения мощностей и частот вращения. Проведенные исследования позволили предложить ряд рекомендаций по выбору наиболее целесообразных величин времени размыкания и замыкания ЭМТУ по условию минимального влияния на динамику двигателя.

15. Разработаны алгоритмы и структурные схемы поверочного и поискового расчетов ЭМТУ, базирующиеся на методиках предварительных расчетов. Описана последовательность выполнения оптимизационного расчета.

16. Приведены результаты практической реализации разработанных алгоритмов и методик оптимального проектирования. Описаны спроектированные и внедренные в серийное производство пружинные безлюфтовые ЭМТУ для вы-сокомоментных двигателей типа ВЭМ, предназначенные для привода подач металлорежущих станков с ЧПУ, и унифицированная серия малогабаритных тормозных устройств с постоянными магнитами типа ТПМ для станкостроения и робототехники. Анализ полученных результатов показывает хорошую сходимость опытных и расчетных параметров, а также соответствие разработанных ЭМТУ современному техническому уровню. Последнее подтверждает эффективность разработанных методик расчета, предложенных конструкций и схем управления ЭМТУ. .

17. Разработаны новые конструкторско-технологические решения ЭМТУ с улучшенными технико-экономическими показателями, которые защищены 17 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения..

18. Разработаны новые схемы управления ЭМТУ, которые защищены 8 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения.

19. Разработаны новые конструкции устройств диагностики состояния ЭМТУ непосредственно в эксплуатационных режимах работы, которые защищены 8 авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Эти устройства позволяют повысить надежность работы тормозного двигателя.

20. Приведены практические рекомендации по выбору, подготовке к работе, эксплуатации и испытаниям ЭМТУ. Для контроля нагрева обмоток электродвигателя переменного тока в рабочих режимах без отключения от сети разработаны новые конструкции измерительных устройств, которые защищены 3 авторскими свидетельствами. Они реализуют метод наложения постоянного измерительного тока на рабочий переменный ток. При этом разработано два способа получения измерительного тока - путем формирования его из рабочего переменного тока

или подключением специального источника. Описан пример конкретного исполнения измерительного устройства.

21. Корректность, точность и эффективность полученных в работе математических моделей, методик проектирования, практических рекомендаций и запатентованных конструкторско-технологических решений подтверждены результатами промышленной эксплуатации и экспериментальными исследованиями, которые проводились, как в реальных условиях эксплуатации, так и в лабораторных условиях, а также методами компьютерного моделирования в среде Matlab с применением Toolbox Simulink. . .

Список основных опубликованных работ по данной тематике:

1. Бочкарев И.В. Быстродействующие электромеханические тормозные устройства для электродвигателей. -М.: Энергоатомиздат, 2001. -287 с.

2. Соколов А.А., Рычкова Н.И., Бочкарев И.В., Бауков Н.А. Быстродействующие электромеханические тормоза для высокомоментных электродвигателей //Электротехника.-1988.-№ 7.-С. 75.

3. Бочкарев И.В., Соколов А.А. К расчету электромеханических тормозных устройств с постоянными магнитами для электродвигателей // Тр. Моск. Энерг. ин-та.-1991. Вып. 633.-С.66-71.:

4. Соколов А.А., Рычкова Н.И., Бочкарев И.В., Бауков Н.А. Унифицированная серия-малогабаритных тормозных устройств с постоянными магнитами типа ТПМ для станкостроения и робототехники // Электротехника.-1991. -№ 3. -С. 6668. , !. ••«- .

5. Бочкарев И.В., Бауков НА, Храмшин Р.Р. Переходные процессы в электромеханических тормозных устройствах с различными выпрямительными схемами управления // Изв. вузов. Электромеханика. -1991 ,-№ 7. -С. 61 -67.

6. Бочкарев И.В. Устройство контроля срабатывания электромеханических тормозов // Электротехника. -1997, -№ 9. -С. 50-53.

7. Бочкарев И.В. Разработка электромеханических тормозов с постоянными магнитами с улучшенными удельными показателями // Электротехника. -1998. -№ 4. -С. 37-39. . •

8. Бочкарев И.В. Устройство для измерения температуры обмоток электрических машин переменного тока под нагрузкой //Электротехника.-1999. -№ 2. -С. 22-25;

9. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т. Устройство контроля электромеханического тормоза // Сб. научн. трудов Ошского технологич. ун-та. -1997. Вып. -1..-С. 67-69.

10. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т. Вопросы выбора и эксплуатации электромеханических тормозных устройств для электродвигателей // Сб. научн. трудов Ошского технологич. ун-та.-1999. Вып. 2.-С. 64-67.

11. Бочкарев И.В., Бауков НА, Соколов А.А. Высокомоментые электродвигатели со встроенным электромеханическим тормозом для металлообрабатывающих станков // Системы управления, следящие приводы и их элементы. М.: ЦНИИ Информации.-1985.-С. 48-50.

12. Бочкарев И.В. Разработка методов и устройств измерения температуры и тепловой защиты электрических машин переменного тока// Системы управления, следящие приводы и их элементы. М.: ЦНИИ Информации. -1985. -С. 52-55.

13. Бочкарев И.В. Разработка устройства форсировки срабатывания электромеханических тормозных устройств для электродвигателей // Мат-лы Международ, конференции «Технологии и перспективы современного инженерного образования, науки и производства». Бишкек, КТУ. -1999. -С. 289-291.

14. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т. Разработка схем управления электромеханическими тормозными устройствами с улучшенными параметрами быстродействия //Сб. научн. трудов «Физика и техника». ОшТУ. -1999. Вып 3. -С. 59-64.

15. Бочкарев И.В. Влияние электромеханического тормозного устройства на режимы пуска и остановки электродвигателей тормозных модификаций // Электротехника. -2000. -№ 6. -С. 51-56.

16. Бочкарев И.В., Г&1баев Ж.Т. Расчет и конструирование фрикционного узла электромеханических тормозных устройств // Бишкек. Наука и новые технологии. -2000. -№ 5. -С. 131-138.

17. Бочкарев И.В. Математическое описание квазиустановившегося режима работы электромеханических тормозных устройств // Электротехника. -2001. -№ 3. -С. 33-36.

18. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т. Разработка электромеханических тормозных устройств с источником оперативного тока в виде конденсатора //Известия Ош-ского технолог, ун-та. -2001, -№ 1. -С. 67-70.

19. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т. Расчет параметров электромеханических тормозных устройств в номинальном режиме работы. //Известия Ошского технолог, ун-та. -2001, -№ 1. -С. 78-82.

20. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т. Проектирование электромеханических тормозных устройств с заданными динамическими показателями // Материалы Меж-дународн. конференции «Современные технологии и управление качеством в образовании, науке и производстве: опыт адаптации и внедрения». Бишкек, КТУ, -2001 г. Часть II. Транспорт, энергетика, техника. -С. 121-125.

21. Бочкарев И.В., Гунина М.Г. Расчет переходных процессов в выпрямительных схемах питания с предвключенным конденсатором //Мат-лы Междун. конференции, посвященной I съезду Инженеров Кыргызстана и 10-летию образования инженерной академии КР. Бишкек, «Технология», -2001. -С. 276-283.

22. Бочкарев И.В. Оптимальные соотношения в электромеханических тормозных устройствах // Электротехника. -2002. -№ 9. -С. 44-50.

23. Бочкарев И.В., Гунина М.Г. Разработка безлюфтовых электромеханических тормозных устройств для электродвигателей //Вестник КТУ. -2002. -№5. -С.82-85.

24. Бочкарев И.В. Повышение быстродействия замыкания электромеханических тормозных устройств для электродвигателя //Электротехника. -2003. -№2. -С. 58-62.

25. Бочкарев И.В. Компьютерное моделирование и исследование электродвигателей со встроенными электромеханическим тормозным устройством //Наука и новые технологии. -2003. -№1. -С. 40-48.

: ! . 26. Бочкарев И.В., Гунина М.Г., Свечкаренко Д.В. Разработка схем управления и расчет переходных и квазиустановившихся режимов работы быстродействующих электромеханических тормозных устройств для станочных электроприводов //Электротехника. -2003. -№7.-С. 17-25.

27. Бочкарев И.В. Вопросы повышения надежности работы тормозных электродвигателей //Наука и новые технологии. -2003. -№2. -С. 41-48.

28. Бочкарев И.В., Гунина М.Г. Исследование влияния и выбор оптимальных параметров схемы форсировки срабатывания электромеханических тормозных устройств // Наука и новые технологии. -2004. -№8470; 1. -С.54-59.

29. Бочкарев И.В., Галбаев Ж.Т. Расчет нагрева электромеханических тормозных устройств с учетом регулирования энергопотребления в различных режимах работы // "Энергосбережение - проблемы, современные технологии и управление". Бишкек, ИЦ "Текник". -2004. -С.226-229.

30. Свидетельство № 411. Методика расчета параметров быстродействия электромагнитных тормозных устройств для электродвигателей с учетом нелинейных свойств массивного магнитопровода / И.В. Бочкарев, М.Г. Гунина. - Зарегистрировано в Государственном реестре Кырг. Республики объектов авторского права 12 марта 2003 г.-18 с.

31. А.с. 998873 СССР. Устройство для измерения температуры обмотки элек-'трической машины /И.В.Бочкарев, АВ.Ашмарин. - Опубл. 1983, Бюл.. № 7.

32. А.с. 1108337 СССР. Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой /А.В. Ашмарин,' И.В. Бочкарев. - Опубл. 1984, Бюл.. № 30.

33. А.с. 1127046 СССР. Электродвигатель / И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков, А.А. Соколов. - Опубл. 1984, Бюл.. № 44.

34. А.с. 1136259 СССР. Тормозной электродвигатель / И.В. Бочкарев. -Опубл. 1985, Бюл.. №3.

35. А.с. 1181066 СССР. Электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом /И.В.Бочкарев, ХАЭрнандес Родригес. - Опубл. 1985, Бюл. №35.

36. А.с. 1187234 СССР. Устройство для тепловой защиты электрической машины II И.В. Бочкарев, А.В. Ашмарин. - Опубл. 1985, Бюл.. № 39.

37. Пат. 21523 Куба. Motor electrico con freno electromagnético interno /J. A. / Hernandez Rodriguez, I.V. Bochkariov // Dado en la Ciudad de la Havana. 23.07.85.

38. Пат. 21547 Куба. Motor electrico con freno electromagnetico interno /J. A. Hernandez Rodriguez, I.V. Bochkariov // Dado en la Ciudad de la Havana. 26.09.85.

39. A.c. 1232068 СССР. Электромагнит с форсировкой // А.А. Соколов, И.В.Бочкарев, Н.А. Бауков. - Опубл. 1984 (ДСП).

40. А.с.1239798 СССР. Тормозной электродвигатель // И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков, А.А. Соколов. - Опубл. 1986, Бюл.. № 23.

41. А.с. 1246309 СССР. Устройство для управления асинхронным электродвигателем с тормозом // И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков, А.А. Соколов. - Опубл. 1986, Бюл.. № 27.

42. А.с. 1252893 СССР. Электропривод переменного тока // Н.А. Бауков, И.В. Бочкарев, И.В. Брякин, А.А. Соколов. - Опубл. 1986, Бюл.. № 31.

43. А.с. 1261017 СССР. Электромагнит с форсировкой // А.А. Соколов, И.В. Бочкарев, П.П. Решетников и др. - Опубл. 1986, Бюл.. № 36.

44. А.с. 1282224 СССР. Устройство для управления электромагнитом 11ВА. Балыбердин, Н.С. Кононова, И.В. Бочкарев и др. - Опубл. 1987, Бюл.№ 1.

45. А.с. 1282299 СССР. Электропривод // Н.А. Бауков, И.В. Бочкарев, И.В. Брякин, А.А Соколов. - Опубл. 1987, Бюл.. № 1.

46. А.с; 1295458 СССР. Устройство для управления электромагнитом постоянного тока // В.А Балыбердин, Н.С. Кононова, И.В. Бочкарев и др. - Опубл. 1987, Бюл.. №9.

47. А.с. 1374349 СССР. Электромеханический тормоз / А.А. Соколов, И.В. Бочкарев, Н.А Бауков. - Опубл. 1988, Бюл.. № 6.

48. А.с. 1390755 СССР. Электропривод переменного тока / И.В. Бочкарев, И.В. Брякин, Н.А Бауков, А.А. Соколов. - Опубл. 1988, Бюл.. № 15.

49. А.с. 1450043 СССР. Электромагнитный фрикционный тормоз электродвигателя / И.В. Бочкарев, А.А. Соколов, Ф.Я. Масалимов, Н.А Бауков. - Опубл. 1989, Бюл.. №1.

50. А.с. 1580075 СССР. Фрикционный механизм с электромагнитным приводом /АА Соколов, И.В. Бочкарев. НА Бауков, Ф.Я. Масалимов. - Опубл. 1990, Бюл.. № 27.

51. А.с. 1636868 СССР. Устройство для намагничивания /И.В. Бочкарев, АА. Соколов, П.П. Решетников, Н.А. Бауков. - Опубл. 1991, Бюл.№ 11.

52. А.с. 1684823 СССР.Электромагнитный фрикционный тормоз /И.В. Бочкарев, А.А. Соколов, Н.А. Бауков. - Опубл. 1991, Бюл.. № 38.

53. А.с. 1742551 СССР. Фрикционный узел /И.В. Бочкарев. - Опубл. 1992, Бюл.. № 23.

54. А.с. 1762024 СССР. Соединительный узел для безлюфтового электромеханического тормоза/И.В. Бочкарев, ЛА.Усачева. - Опубл. 1992, Бюл.. № 34.

55. А.с. 1788557 СССР. Электромеханический тормоз электродвигателя / И.В. Бочкарев. - Опубл. 1993, Бюл.. №. 2.

56. А.с. 1791641 СССР. Фрикционный узел /И.В. Бочкарев. - Опубл. 1993, Бюл.. № 4.

57. А.с. 1797099 СССР. Устройство контроля срабатывания электромагнитного механизма /А.А. Соколов, В.П. Мариночкин, В.А. Мочалов, И.В. Бочкарев. -Опубл. 1993, Бюл.. №7.

58. А.с. 1830592 СССР. Электропривод / И.В. Бочкарев. - Опубл. 1993, Бюл..

№28.

59. Пат. 100 КР Устройство для контроля электромеханического тормоза электродвигателя /И.В. Бочкарев//Интеллектуальная собственность. 1996. -№4.

60. Пат. 205 КР Устройство контроля электромагнитного механизма /И.В. Бочкарев// Интеллектуальная собственность. 1998.-№ 1.

61. Пат. 2115151 РФ. Устройство диагностики состояния электромагнитного механизма / И.В. Бочкарев. - Опубл. 1998, Бюл.. № 19.

62. Пат. 310 КР Фрикционный тормоз с электромагнитным приводом /И.В. Бочкарев//Интеллектуальная собственность. 1999. -№ 1.

40

11532 5

63. Пат. .321 КР. Электромеханическое тормозное устройство для электродвигателя /И.В. Бочкарев, Ж.Т. Галбаев //Интеллектуальная собственность. 1999. -№2.

64. Пат. 273 КР. Устройство диагностики состояния электромагнитного ме-ханизма/И.В. Бочкарев//Интеллектуальная собственность. 2000. -№ 1.

65. Пат. 525. КР Электродвигатель со встроенным электромагнитным тормо-зом/И.В. Бочкарев, М.Г. Гунина//Интеллектуальная собственность. 2002. -№ 8.

66. Пат. 639 КР. Электропривод с принудительным торможением / И.В. Боч-карев, М.Г. Гунина, Д.В. Свечкаренко // Интеллектуальная собственность. 2004. -№8470; 2.

Важнейшими путями развития всех отраслей народного хозяйства является их широкая механизация и автоматизация; повышение эффективности производственного оборудования на основе научно-технического прогресса и роста производительности труда.

Выполнение поставленных задач осуществляется на базе применения эффективных средств автоматизации, среди которых большую роль играют устройства точной остановки и фиксации валов приводных механизмов, позволяющие сократить непроизводительное рабочее время, т.е. время разгона и останова механизмов, уменьшить чистое время основных и подготовительных операций, зафиксировать рабочий орган приводного механизма в заторможенном состоянии, а также увеличить надежность и безопасность эксплуатации машин и механизмов. Эти устройства в настоящее время выполняются, в основном в виде механического тормоза, сочлененного с приводным механизмом [I]. Широко известные способы электрического торможения механизмов с электрическим приводом в устройствах точной остановки и фиксации не приемлемы, поскольку только механическое торможение является единственным способом остановки механизма после прекращения подачи электроэнергии и удержания вала в заторможенном состоянии. Этот способ позволяет обеспечить большое число торможений в единицу времени при постоянстве тормозного момента, надежно фиксировать вал электродвигателя при отключении сети, сократить количество элементов аппаратуры управления. Благодаря этим преимуществам, область применения и объемы выпуска электродвигателей с тормозными электромеханическими устройствами постоянно, расширяется.

Следовательно, создание надежных электромеханических тор мозных устройств с высокими технико-экономическими показателями является важной и актуальной практической задачей. Однако, несмотря на значительное количество исследований, посвященных данной проблеме, в настоящее время промышленность не обеспечивает существующие потребности в встраиваемых тормозных устройствах, полностью обеспечивающих выполнение предъявляемых к ним требований. Одной из причин является отсутствие математических моделей, достаточно точно описывающих физические процессы, протекающие в тормозных устройствах, а также инженерных методик проектирования этих устройств. По-прежнему актуальной остается разработка новых эффективных конструкций и схем управления тормозами. Известные результаты исследований по отдельным проблемам теории и расчета тормозов рассеяны в различных статьях в журналах и сборниках, что весьма затрудняет их практическое использование. Своей книгой автор попытался восполнить этот пробел.

Предлагаемая работа является попыткой сконцентрировать и систематизировать сведения об электромеханических тормозных устройствах. Она имеет прикладную направленность и базируется в основном на исследованиях и разработках, выполненных на кафедре «Электромеханика» Кыргызского технического университета, а также обобщает известные материалы. В книге описаны наиболее распространенные и перспективные конструкции и схемы управления тормозных устройств, встраиваемых в электродвигатели, рассмотрены основные вопросы их теории, расчета и конструирования, рекомендованы направления по созданию новых и улучшению известных тормозных устройств, а также приведены результаты разработки устройств диагностики их состояния. Автор надеется, что последовательное изложение материала от рассмотрения основных теоретических вопросов и анализа физических процессов, протекающих в тормозных устройствах, до инженерных методик их расчета и конструирования позволит не только понять физику работы и осуществлять практические расчеты тормозных устройств для заданных конкретных механизмов, но и явится базой для исследования и разработки новых высокоэффективных и экономичных конструкций с расширенными функциональными возможностями.

Основные теоретические положения, методики и предложенные конструкторские и схемные решения прошли производственную проверку и внедрены в серийное производство. Малый объем книги не позволил подробно рассмотреть и описать все многообразие процессов, протекающих в тормозных устройствах, а так же осветить ряд вопросов, касающихся проектирования этих устройств. Поэтому в некоторых разделах приведены лишь конечные результаты исследований без их подробного вывода.

Полученные математические модели и алгоритмы расчета, а так же предложенные схемы управления и устройства диагностики применимы не только для электромеханических тормозов, но и могут быть использованы при создании и эксплуатации целого ряда устройств, работа которых основана на электромагнитном преобразовании энергии. К таким устройствам можно отнести различные электромагниты, электромагнитные муфты, электромагнитные приспособления для крепления деталей при обработке и т.п.

Автор выражает искреннюю благодарность канд. техн. наук Н.А. Баукову, который осуществлял руководство всеми опытно-конструкторскими работами и принимал непосредственное участие в написании Гл.З. Автор признателен инженерам А.А. Соколову и Н И. Рычковой, активно участвовавшим в разработке и изготовлении описанных тормозных устройств и подготовке материалов книги. Автор также выражает благодарность канд. техн. наук А.П. Петрову за большую работу по подготовке рукописи к изданию.

Поскольку данная книга является первой попыткой обобщения и систематизации вопросов теории, проектирования и эксплуатации электромеханических тормозных устройств, то автор понимает, что она не лишена недостатков, и с благодарностью примет все замечания и пожелания. Их следует направлять по адресу: 113114, Москва, Шлюзовая наб., 10, Энергоатомиздат.

Автор

Электродвигатели со встроенным электромеханическим тормозным устройством (ЭМТУ) используются для привода механизмов, нормальное функционирование которых предусматривает остановку рабочих органов в регламентируемое время и удержание их в заторможенной состоянии даже при наличии усилия со стороны приводного механизма. Основные функции ЭМТУ сокращение времени инерционных выбегов вращающегося вала, аварийная остановка при исчезновении напряжения питания, удержание и фиксация вала электродвигателя с заданным тормозным моментом. Выполняя перечисленные функции, ЭМТУ обеспечивает значительное повышение производительности и качества выполнения приводным механизмом заданных операций, а также принципиально увеличивает безопасность работы этих механизмов. Именно поэтому потребность народного хозяйства в электродвигателях со встроенными ЭМТУ значительна (до 1 млн. штук в год [2]) и постоянно возрастает в связи с широкой интенсификацией производства и необходимостью повышения производительности труда. Такие электродвигатели находят применение в подъемно-транспортных и строительных машинах, авиации, станкостроении, робототехнике, а также в деревообрабатывающей промышленности, сельском хозяйстве и т. д. Они изготавливаются мощностью от единиц ватт до десятков киловатт с тормозными устройствами, обеспечивающими тормозной момент на валу от единиц до нескольких тысяч ньютонометров.

Все существующие электродвигатели с ЭМТУ делятся на два типа: тормозные электродвигатели, в которых для размыкания тормозного устройства применяется отдельный привод на базе электромагнита; самотормозящиеся электродвигатели, в которых тормозное устройство и электродвигатель имеют общую магнитную систему 13].

Проведенный анализ показал, что самотормозящиеся электродвигатели существенно уступают тормозным электродвигателям как по номенклатуре, так и по объемам выпуска. Это объясняется, с одной стороны, сложностью конструкций и технологии изготовления самотормозящихся электродвигателей, с другой — большей степенью унификации тормозных электродвигателей с обычными серийно выпускаемыми машинами, и возможностью изготовления ЭМТУв виде отдельного самостоятельного изделия с последующей пристройкой к серийному электродвигателю.

Для привода ЭМТУ в настоящее время на практике применяют электромагниты переменного и постоянного выпрямленного тока. До 1950-х годов, когда промышленность не имела малогабаритных и надежных выпрямителъных устройств, конструкции с электромагнитами переменного тока рассматривались как более предпочтительные. Однако с появлением дешевых и удобных в эксплуатации полупроводниковых диодов, позволяющих легко реализовать надежную и компактную схему выпрямления питающего напряжения, более широкое применение получили тормоза с электромагнитами выпрямленного тока. Этому способствовал ряд известных недостатков, характерных для электромагнитов переменного тока: необходимость шихтовки магнитопровода, что делает его конструкцию более трудоемкой в изготовлении и непригодной для использования в качестве несущей детали тормоза; при одном и том же тяговом усилии, производимой работе и времени срабатывания электромагниты переменного тока имеют значительно большие габариты, массу и потребляемую мощность по сравнению с электромагнитами постоянного тока [4].

Именно поэтому многие отечественные предприятия и зарубежные фирмы в последнее время отказываются от изготовления ЭМТУ с электромагнитами переменного тока и переходят на электромагниты выпрямленного тока, которые позволяют использовать для их питания широко распространенную сеть переменного тока, устранив при этом недостатки электромагнитных систем со знакопеременным магнитным потоком и сохранив преимущества электромагнитов постоянного тока [4].

Важнейшей составной частью ЭМТУ в значительной степени определяющей технико-экономические показатели тормозных электродвигателей, является фрикционный узел. Накопленный к настоящему времени опыт изготовления и эксплуатации тормозных электродвигателей позволяет сделать вывод о наиболее целесообразной конструкции рабочих элементов фрикционного узла тормозного устройства. Как правило, в отечественной и зарубежной практике применяются тормоза с осевым нажатием, имеющие рабочие элементы в виде дисков с плоскими или коническими фрикционными поверхностями. Такие ЭМТУ благодаря ряду принципиальных достоинств по сравнению с другими известными конструкциями (колодочными и ленточными) являются более перспективными. Кроме того, проведенный анализ показал, что в качестве источника тормозного усилия в основном используются предварительно сжатые пружины.

Таким образом, далее будут рассматриваться пружинные ЭМТУ с осевым нажатием, выполненные с приводом от электромагнита постоянного выпрямелнного тока, поскольку именно такие тормозные устройства представляют наибольший практический интерес, а также рассмотрены особенности конструкции и расчета ЭМТУ других типов.

Основные специальные термины, применяемые в книге, и их пояснение.

1. Тормозной момент Мр—момент сил трения в фрикционном ' узле, противодействующий повороту вала электродвигателя.

2. Номинальный тормозной момент М,.Н()м тормозной момент при отключенной обмотке растормаживающего электромагнита, численно равный максимальному вращающему моменту, приложенному к валу, при котором, вал еще остается неподвижным.

3. Коэффициент запаса торможения k3r= Мг тш/Мномл — отношение номинального тормозного момента к номинальному моменту электродвигателя.

4. Параметры быстродействия: а) время размыкания тормоза tp — время от момента подачи напряжения на обмотку растормаживающего электромагнита до снижения тормозного момента не более ОЛЩ^м', б) время замыкания t3 — время от момента снятия напряжения с обмотки растормаживающего электромагнита до достижения тормозным момента не менее 0,9М,, ном; в) полное время торможения tT — время от момента снятия напряжения с обмотки растормаживающего электромагнита до полной остановки вала.

5. Кратность форсировки kф — отношение установившейся МДС обмотки растормаживающего электромагнита в режиме форсировки к ее МДС в номинальном режиме.

6. Ток срабатывания /ср — минимальный ток обмотки растормаживающего электромагнита, достаточный для размыкания тормоза.

7. Ток удержания 1у — минимальный ток обмотки расторма^ • живающего электромагнита, обеспечивающий удержание тормоза разомкнутым.

8. Номинальный рабочий ток 1р ном — ток обмотки растормаживающего электромагнита, необходимый для длительного устойчивого удержания тормоза разомкнутым в процессе эксплуатации.

9. Коэффициент запаса удержания k3 y= TpHCM/Iy — отношение номинального рабочего тока к току удержания.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Важнейшей задаей в области электромашиностроения в настоящее время наряду с совершенствованием электродвигателей общего назначения является расширение номенклатуры различных конструктивных модификаций этих электродвигателей, в том числе тормозных модификаций, а также значительный рост выпуска автоматических электроприводов и комплектующих изделий для гибких автоматизированных систем, основой которых, определяющей в значительной степени их технико-экономические показатели, являются часто электродвигатели со встроенным ЭМТУ. Так [125] электродвигатели подач станков с ЧПУ должны комплектоваться нормально замкнутым электромеханическим тормозным устройством, предназначенным для защиты кинематических узлов станка в случае аварийного исчезновения напряжения и для обеспечения позиционирования инструмента. Тем самым не только принципиально увеличивает ся надежность и безопасность работы станка, но и обеспечивает ся значительное повышение его производительности и качеств выполнения заданных операций. Таким образом, применени ЭМТУ не только в традиционных для них областях (подъем но-транспортные механизмы, строительные машины и т.п.), н и в перспективных интенсивно развивающихся технических си стемах (станки с ЧПУ, промышленные роботы, автоматически манипуляторы, программируемые автоматы), придает особу актуальность и практическую ценность проведенным исследова ниям, основные результаты которых нашли отражение в книге.

Вследствие расширения области применения, а также в свя зи с интенсификацией производственных процессов и росто общего технического уровня электромашиностроения, требо вания, предъявляемые к ЭМТУ, с каждым годом постоянно уже сточаются. Необходимость обеспечения всего комплекса эти требований ставит разработку ЭМТУ в ряд сложных инжене ных задач. Создание оптимальных ЭМТУ осложняется прот воречивостью как предъявляемых к ним требований, так и во можных путей их реализации, среди которых можно, напр мер, выделить следующие: увеличение тормозного момента путем увеличения среднего радиуса действия силы трения ограничивается диаметральными размерами тормоза, однозначно зависящими от габаритных размеров электродвигателя; повышение тормозного момента увеличением усилия пружин, прижимающих якорь к тормозному диску, приводит к увеличению осевого размера ЭМТУ и снижает быстродействие при размыкании тормоза; обеспечение заданного времени размыкания достигается повышением намагничивающей силы растормаживающего электромагнита, что увеличивает массогабаритные показатели ЭМТУ и ухудшает быстродействие при замыкании тормоза; снижение массогабаритных показателей ЭМТУ за счет использования эффекта форсировки тока в обмотке растормаживающего электромагнита приводит к увеличению габаритных размеров и стоимости схемы управления; обеспечение заданного времени замыкания путем разрыва цепи питания со стороны постоянного тока приводит к снижению надежности ЭМТУ вследствие значительных коммутационных перенапряжений на обмотке и элементах схемы, а применение схем принудительного уменьшения запасенной в магнитной цепи энергии приводит к увеличению габаритных размеров и стоимости схемы управления.

Очевидно, что вопросы рационального разрешения этих противоречий с учетом имеющихся в каждом конкретном случае ограничений как эксплуатационного, так и технологического характера, требуют комплексного, научно обоснованного подхода, сочетающего достижения теории с перспективными схемными и конструкторскими решениями.

В книге изложены теоретические вопросы протекающих в ЭМТУ процессов, даны математические модели для расчета параметров и характеристик как в статических, так и в динамических режимах работы, представлены методики поверочного и поискового оптимизационного расчетов, а также приведены и проанализированы перспективные конструкторские и схемные решения. Разработанные алгоритмы расчета позволяют учесть и рассчитать не только процессы, происходящие непосредственно в самом ЭМТУ, но и учесть их влияние на выходные характеристики электродвигателя. Адекватность полученных математических моделей ЭМТУ конкретным устройствам, подтвержденная сравнением расчетных и экспериментальных данных, позволяет проектировать ЭМТУ с наилучшими характеристиками в любом направлении оптимизационной стратегии (обеспечение минимума приведенных затрат, минимальных массогабаритных показателей и т.д.). Ограниченный объем книги не позволил рассмотреть все вопросы применения разработанных моделей, а также привести конкретные программы расчета. В случае необходимости автор готов дать необходимые консультации. Основное внимание в книге уделяется пружинным тормозам как наиболее распространенному типу ЭМТУ. В ряде перспективных разработок, например, в вентильных электродвигателях для станкостроения и робототехники, планируется переход на ЭМТУ, в которых в качестве источника тормозного усилия используются постоянные магниты. Вследствие ограниченного объема в книге рассмотрены только основные вопросы конструирования и расчета таких ЭМТУ.

Полученные математические модели и алгоритмы расчета, а также предложенные схемы управления применимы не только для ЭМТУ, но и могут быть использованы при создании устройств постоянного (выпрямленного) тока, работа которых, как и работа ЭМТУ, основана на электромагнитном преобразовании энергии. К таким устройствам следует отнести различные электромагниты, электромагнитные муфты, электромагнитные приспособления для крепления деталей при обработке, электромагнитные превмо- и гидроклапаны и т.п.

1. Тормозные устройства: Справочник. М.П. Александров, А.Г. Лысяков, В.Н.Федосеев, М.В. Новожилов/ Под общ. ред. М.П. Александрова. М.: Машиностроение. 1985.

2. Унифицированная серия асинхронных двигателей Интерэлект-ро/ В.И. Радин, Й. Лодин, В.Д. Розенкноп и др./ Под ред. В.И. Ра-дина. М.: Энергоатомиздат. 1990.

3. Гусельников Э.М., Цукерман Б.С. Самотормозящиеся электродвигатели. М.: Энергия. 1971.•4. Сливинская А.Г., Гордан А.В. Элекромагниты со встроенными выпрямителями. Энергия. 1970.

4. Асинхронные двигатели общего назначения/ Е.П. Бойко, Ю.В. Га-инцев, Ю.М. Ковалев и др./ Под ред. В.М. Петрова и А.Э. Кравчи-ка. М.: Энергия. 1980.

5. Bremsmotoren. Preislist 24. G. Bauknecht GmbH. 1975.

6. ZF — Lamellenkupplungen und Lamellenbremsen. Katalog KB4. Zahnradfabrik Friedrichshafen AG. 1986.

7. ZF — Schleifringlose Einflachenkupplungen und Einflachenbremsen, ZF — Kupplungs — Bremseinheiten, ZF — Zweistunfenkupplungen. Katalog KB1. Zahnradfabrik Friedrichshafen AG. 1986.

8. A. c. 1450043 СССР, МКИ4 H 02 К 7/102. Электромагнитный фрикционный тормоз электродвигателя/ И.В. Бочкарев, А.А. Соколов, Ф.Я. Масалимов, Н.А. Баутсов//Открытия. Изобретения. 1989. № 1.

9. А.с. 480154 СССР, МКИ3 Н 02 К 7/106. Электромагнитный тормоз двигателя/ Ю.Г. Борзяк, К. А. Малеванный// Открытия. Изобретения. 1975. № 29.

10. Модернизированные взрывозаицищеные асинхронные электродвигатели с тормозом/ Ф.К. Зинзивер, В.Д. Акулыпин, Л.М. Оборо-това и др.// Электротехн. пром-сть. Сер. Электрические машины. Вып. 5 (135).

11. Пат. 1638271 ФРГ, МКИ2 Н 02 К 7/102/ Aus Bremse und Elektromonor bestende Baueinheit/ G. Horst, H Osterloch, Е/ Fliige, H. Fischer/ SEW — Eurodrive GmbH & Co. Suddeutshe Elektromoto-renwerke// Ausgabetag. 18.03.76.

12. A.c. 828321 СССР, МКИ3 H 02 К 7/102. Электромагнитный тормоз/ В.Г. Каськов, Ф.К. Зинзивер, Н.А. Куцын// Открытия. Изобретения. 1981. №17.

13. Отечественные и зарубежные конструкции встроенных тормозов крановых электродвигателей/ В.Н. Федосеев, А.Л. Носко, Т.В. Хурцидзе и др. М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. 1987.

14. Электрические машины. Каталог. AG POL-ZW-02-8393/81. Польша. 1981.

15. Пат. 1292735 ФРГ, МКИ2 Н 02 К 7/102. Bremsmotoren/ Н Fischer. Siiddeutsche Elektromotorenwerke GmbH// Ausgabetag. 17.04.69.

16. Totally enclosed three — fase induction motors with brakes type KZK/ SEVER. Yugoslavia. 1980.

17. SEW-Eurodrive AB. Katalog 271. Sverige.

18. KEB-Combistop Тур 31. Brinkman, Karl GmbH. Barntrup. 1983.

19. Ne-w generation of brake motors. ASEAJurnal. 1982. Vol. 55. № 3.

20. Пат. 410036 Швеция, МКИ3 F 16 D 65/54. Elektromagnetisk skivbroms rned automarik efterstallnimgsanorndning/ B. Enberg, L. Jihanssin. ASEA AB // 17. 09. 79.

21. Тармаев В.Б., Гусельников Э.М. Исследование динамики тормозного электродвигателя с механическим усилителем// Изв. ТПИ, 1974. Т. 200.

22. А.с. 413586 СССР, МКИ4 Н 02 К 49/02. Электродвигатель со встроенным в корпус тормозным устройством/ Ю.П. Шевель, Э.М. Гусельников, В.И. Агалаков// Открытия. Изобретения. 1974. №4.

23. Пат. 4280073 США, МКИ3 Н 02 К 7/10. Electrimagnetucally released spring applied friction brake with torque booster/ L. Donald Miller. Facet Enterprises. Inc.// 21.07.81.

24. A.c. 773842 СССР, МКИ3 H 02 К 7/106. Тормозное устройство электродвигателя/ Н.А. Бауков, Э.А. Бошман, Ю.В. Губин, Э.И. Гусельников, М.К. Татаренков// Открытия. Изобретения. 1980. № 39.

25. Пат. 196809 ФРГ, МКИ3 Н 01 F 7/18. Scaltmagnet/ S. Alter.

26. Metzenauer & Jung GmbH// Ausgabetag 25.01.82.

27. Пат. 2456883 Франция, МКИ3 F 16 D 55/22. Moteurfrein elec-trique/ Moteurs Leroy—Somer// 12.12.80.

28. Mechanische Bremsen an Elektromotoren. Bauer, Eberhard GmbH und Co. Esslingen. 1983.

29. A.c. 1127046 СССР МКИ4 H 02 К 7/106. Электродвигетель/ И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков, А.А. Соколов// Открытия. Изобретения. 1984. № 44.

30. А.с. 21523 Куба, МКИ Н 02 К 7/102. Motor electrico con freno elec-tronagnerico interno/ J. Hernandez Rodriquez, I.V. Bochkariov// Dado en la Ciudad de La Habana. 23.07.85.

31. A.c. 1136259 СССР, МКИ4 H 02 К 7/106. Тормозной электродвигатель/ И.В. Бочкарев// Открытия. Изобретения. 1985. № 3.

32. А.с. 1374349 СССР, МКИ4 Н 02 К 7/102. Электромеханический тормоз/ А.А. Соколов, И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков// Открытия. Изобретения. 1988. №6.

33. А.с. 27043 Болгария, МКИ4 Н 02 К 49/00. Безлюфтовый электромагнитный тормоз/ Д. Ангелов, Рачев и др.// 15.08.79.

34. Тормозы электромагнитные безлюфтовые НЗТБ-12/ Электротехника СССР. Отрасл. каталог; 07.17.15-86. М.: Информэлектро.• 1986.

35. Тормозы электромагнитные безлюфтовые НЗТБ-11/ Электротехника СССР. Отрасл. каталог; 07.17.22-86. М.: Информэлектро. 1986.

36. А.с. 1181066 СССР, МКИ4Н 02 К 7/106. Электродвигатель со встроенным электромагнитным тормозом/ И.В. Бочкарев, Х.А. Эр-нандес Родригес// Открытия. Изобретения. 1896. № 35.

37. А.с. 21547 Куба, МКИ3 Н 02 К 7/102. Motor electrico con freno eletromagnetico interno/ J. Hernandez Rodriquez, I.V. Bochkariov// Dado en la Ciudad de La Habana. 26. 09.85.

38. Ac. 1239789 СССР, МКИ4 H 02 К 7/106. Тормозной электродвигетель/ И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков, А.А. Соколов// Открытия. Изобретения. 1986. №23.

39. Коц Б.Э. Электромагниты постоянного тока с форсировкой. М.: Энергия. 1973.

40. Sammelkatalog SA1 1983/1984. Siemens AG.1984.

41. Сливинская А.Г. Электромагниты и постоянные магниты. М.: Энергия. 1973.

42. Схемы управления электромагнитами постоянного тока двигателей со встроенным тормозом/ Ю.Г. Борзяк, И.И. Сосницкий,

43. А.Д. Колесник и др.// Электротехн. пром-сть. Сер. Электрические машины. 1982. Вып. 10 (140).

44. Гринберг B.C. Идентичность характеристк электромагнита в двух известных типах схем форсировки//Изв. ВУЗов. Электромеханика. 1990. №1.

45. Гринберг B.C., Гусельников Э.М., Соленков В.В. Выбор схемы форсировки электромагнита по условиям работы шунтирующих контактов// Электричество. 1978. № 8.

46. Леоненко Л.И. Полупроводниковые форсирующие схемы. М: Энергия. 1974.

47. Дмитриенко Л.П., Лутаев К.И. Тринисторные схемы форсированного переключения электромагнитов// Электротехника. 1978. №6.

48. А.с. 826536 СССР, МКИ Н 02 Р 3/04, Н 02 К 7/106. Самотормозящийся электродвигатель переменного тока/ В.В. Соленков, Э.М. Гусельников, B.C. Гринберг//Открытия. Изобретения. 1981. №16.

49. Пат. 1488601 ФРГ, МКИ3 Н 02 К 7/106. Schaltungsanordnung fur Bremsluftung von elektromagnetischen Bremsvottichtung/ H. Schrjeder. Maschienenfabrik Augsbirg — Ntimberg AG// Ausgabetag. 26.04.71.

50. Бессонов Л.А. Автоколебания в электрических цепях со сталью/ М-Л.: Госэнергоиздат. 1968.

51. Исследование режимов форсировки срабатывания электромагнитов для асинхронных двигетелей со встроенным тормозом/ Н.А. Бауков, Б.А. Давлятова, К.А. Алымкулов и др.// Электротехника. 1979. №12.

52. Расчет переходных процессов в однофазной мостовой выпрямительной схеме с предвключенной емкостью/ К.А. Алымкулов, Н.А. Бауков, Б.К. Буль и др.// Электротехника. 1979. № 9.

53. А.с. 609183 СССР, МКИ4 Н 02 К 7/106. Электродвигетель переменного тока/ Э.М. Гусельников, Н.А. Бауков// Открытия. Изобретения. 1978. № 20.

54. А.с. 1127047 СССР, МКИ4 Н 02 К 7/106. Электродвигаетль переменного тока/ Э.М. Гусельников, А.А. Соколов, Н.А. Бауков// Открытия. Изобретения. 1984. X? 44.

55. Пат. 1271829 ФРГ, МКИ3 Н 01 F 7/18. Schaltungsanordnung zur Speisung der Erregersoule eines Zugmagnenen mittels Gleichrichtung in Bruckenschaltung/ R. Mais. Metzenauer & Jing GmbH// Ausgabetag. 4.07.68.

56. А.с. 788192 СССР, МКИ3 Н 01 F 7/18. Устройство питания электромагнитного привода постоянного тока/ К.К. Намитков, Б.В. Клименко, А.А. Сокол и др.// Открытия. Изобретения. 1980. № 46.

57. А.с. 1141456 СССР, МКИ4 Н 01 F 7/18. Электромагнит с форсировкой/ Э.М. Гусельников, А.А. Соколов, Н.А. Бауков, К.В. Грапе-нин// Открытия. Изобретения. 1985. № 7.

58. А.с. 845183 СССР, МКИ3 Н 01 F 7/18, Н 02 Р 3/04. Устройство для управления электромагнитом/ B.C. Гринберг, Б.Е. Трофименко, Э.М. Гусельников, В.В. Соленков// Открытия. Изобретения. 1981. №25.

59. Гринберг B.C., Гусельников Э.М., Кононенко Е.В. Время трогания двухобмоточных электромагнитов с параллельным включением обмоток// Электричество. 1974. № 8.

60. Сливинская А.Г., Коц Б.Э. Сравнение некоторых схем форсировки электромагнитов по времени трогания//Электротехника. 1971. № 9.

61. А.с. 788193 СССР, МКИ3 Н 01 F 7/18. Устройство для форсированного включения двухобмоточного электромагнита постоянного тока/ К.К. Намитков, В.В. Клименко, А.А. Сокол, Г.Ш. Бер, Е.А. Поляков// Открытия. Изобретения. 1980. № 46.

62. Пат. 2257290 ФРГ, МКИ2 Н 02 К 7/102. Elektromagnetische Brense fur Wechselstronnororen/ H. Schetelig, R. Weppler. Siemens AG// Aisgabetag. 28.09.78.

63. Пат. 3223260 ФРГ, МКИ3 H 02 Р 3/04. Schaltungsanordnung zur Unterbrechung des Freilaufstrom fur Liiftmagnenen von Brems-motoren/ G. Rupprecht. Ebenhard Bauer Elektromotoren fabrik GmbH//Auslegetag. 29.12.83.

64. Brake motor and disc brakes. Catalogue MK 92-2E. ASEA. 1982.

65. A. c. 1252893 СССР, МКИ4 H 02 P 3/26. Электропривод переменного тока/ Н.А. Бауков, И.В. Бочкарев, И.В. Брякин, А.А. Соколов// Открытия. Изобретения. 1986. № 31.

66. А. с. 1282299 СССР, МКИ4 Н 02 Р 3/26. Электропривод/ Н.А. Бауков, И.В. Бочкарев, И.В.Брякин. А.А. Соколов// Открытия. Изобретения. 1987. № 1.

67. А. с. 1246309 СССР, МКИ4 Н 02 Р 3/04. Устройство для управления асинхронным электродвигателем с тормозом/ И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков, А.А. Соколов// Открытия. Изобретения. 1986. № 27.

68. А. с. 1101906 СССР, МКИ Н 01F 7/18. Устройство для управления электромагнитом/ М.Н. Апалихин// Открытия. Изобретения. 1984. № 25.

69. А. с. 1574349 СССР, МКИ4 Н 02 К 7/102, Н 01 F 7/18. Электромагнитный фрикционный тормоз/ И.В. Бочкарев, А.А. Соколов, Н.А. Бауков// Открытия. Изобретения. 1990. № И.

70. А. с. 1580075 СССР, МКИ4 F 16 D 27/01. Фрикционный механизм с электромагнитным приводом/ А.А. Соколов, И.В. Бочкарев, Н.А. Бауков, Ф.Я. Масалимов// Открытия. Изобретения. 1990. № 27.

71. А. с. 1295458 СССР, МКИ4Н 01 F 7/18. Устройство для управления электромагнитом / В.А. Балыбердин, Н.С. Кононова, И.В. Бочкарев и др.//Открытия. Изобретения. 1987. № 9.

72. Гринберг B.C., Гусельников Э.М. Выбор схемы форсировки электромагнита при большой частоте включений// Электротехника. 1974. № 8.

73. Гринберг B.C. Выбор схемы включения двухобмоточного электромагнита// Электричество. 1982. № 10.

74. Баранов П.Р., Гринберг B.C. Выбор схемы включения двухобмо-точного электромагнита// Электричество. 1986. № 4.

75. Яуре А. Г., Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. М.: Энергоатомиздат. 1988.

76. Трение, изнашивание и смазка: Справочник. Т. 2/ В.В. Алисин, Б.М. Асташкевич, Э.Д. Браун и др.: Под ред. И.В. Крачельского и В.В. Алисина, М.: Машиностроение. 1979.

77. Михин Н.М. Внешнее трение твердых тел. М.: Наука. 1977.

78. Полимеры в узлах трения машин и приборов: Справочник/ Под ред. А.В. Чичинадзе. М.: Машиностроение. 1980.

79. Александров М.П. Тормоза подъемно-транспортных механизмов. М.: Машиностроение. 1976.

80. ГОСТ 1786-80. Дисковые асбестовые фрикционные накладки.

81. Крагельский И.В., Добычин М.Н., Комбалов B.C. Основы расче тов на трение и износ. М.: Машиностроение. 1977.

82. Бочкарев И.В., Бауков Н.А. Расчет электромеханических тормоз ных устройств для электродвигателей. Фрунзе: Фрунзенский поли технический институт. 1988.

83. Бинс К., Лауренсон П. Анализ и расчет электрических и магнит ных полей. М.: Энергия. 1970.

84. Гринченко В.П., Никитенко А.Г., Павленко А.В. Исследовани динамических процессов в электромагнитах// Изв. ВУЗов. Элект ромеханика. 1982. № 12.

85. Никитенко А.Г., Бахвалов Ю.А., Щербаков В.Г. Аналитически" обзор методов расчета магнитных полей электрических аппара тов// Электротехника. 1997. № 1.

86. Гринченков В.П., Ершов Ю.К. Моделирование динамических характеристик электромагнитов, имеющих массивный магнитопровод, с учетом потоков рассеяния/ /Изв. ВУЗов. Электромеханика. 1997. №6.

87. Новиков Ю.Н. Теория и расчет электрических аппаратов. Л.: Энергия. 1970.

88. Буль Б.К. Основы теории и расчета магнитных цепей. М.-Л.: Энергия. 1964.

89. Тер-Акопов А.К. Динамика быстродействующих электромагнитов. М.- Л.: Энергия. 1965. . Постоянные магниты: Справочник А.Б. Альтман, Э.Е. Верниковс-кий, А.Н. Герберг и др./ Под общ. ред. Ю.М. Пятина. М.: Энергия. 1980.

90. А.с. 1791641 СССР, МКИ F 16 D 13/40, 55/02, 65/092, 27/07.

91. Фрикционный узел/ И.В. Бочкарев// Открытия. Изобретения.1993. № 4.

92. Нейман Л.Р. Поверхностный эффект в ферромагнитных телах.

93. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1949. . Бухгольц Г. Расчет электрических и магнитных полей. М.-Л.: Энергия. 1961.

94. Пеккер И.И. О влиянии вихревых токов на время трогания и отпускания броневого электромагнита с массивным сердечником//Электричество. 1953. № 12.

95. Рюденберг Р. Переходные процессы в электротехнических системах. М.: Иностранная литература. 1955.

96. Сорокер Т.Г. О переходных процессах в цепях с массивным сердечниками// Электричество. 1941. № 5.

97. Петрушенко Е.И. Постановка задачи по расчету вихревых ток в телах произвольной формы// Известия ВУЗов. Электромех ника. 1966. № 11.

98. Агаронян Г.Н., Юринов В.М. Исследование переходных пр цессов в электрических цепях, содержащих катушки с массивн ми сердечниками// Труды ЛПИ. 1966. Вып. 273.

99. Колесников П.М. Введение в нелинейную электродинамик Минск.: Наука и техника. 1971.

100. Бауков Н.А. Исследования и расчет электромагнитных тормоз для асинхронных двигателей// Электротехника. 1961. № 4.

101. Нейман Л.Р., Калантаров П.Л. Теоретические основы электр техники. Ч. 2. М.-Л.: Госэнергоиздат. 1969.

102. Копченова Н.В., Марон И.А. Вычислительная математика в пр мерах и задачах. М.: Наука. 1972.

103. Щуп Т. Решение интегральных задач на ЭВМ. М.: Мир. 1982.

104. Лопухина Е.М., Семенчуков Г.А. Проектирование асинхроннь микродвигателей с применением ЭВМ. М. : Высш. школа. 1980.

105. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Машиностроение. 1980.

106. Копылов И.П. Применение вычислительных машин в инжене но-экономических расчетах (Электрические машины). Высш. школа. 1980.

107. Аветисян Д.А. Основы автоматизированного проектирован электромеханических преобразователей. М.: Высш. школа. 198

108. А. с. 1261017 СССР, МКИ4 Н 01 F 7/18. Электромагнит с форс ровкой/ А.А. Соколов, И.В. Бочкарев, П.П. Решетников и др. Открытия. Изобретения. 1986. № 36.

109. Быстродействующие электромеханические тормоза для высо моментных электродвигателей/ А.А. Соколов, Н.И. Рычко И.В. Бочкарев и др.// Электротехника. 1988. № 7.

110. Унифицированная серия малогабаритных тормозных устройс с постоянными магнитами типа ТПМ для станкостроения и ро тотехники/ А.А. Соколов, Н.И. Рычкова, И.В. Бочкарев, Н.А. уков//Электротехника. 1991. № 3.

111. А.с. 1788557 СССР, МКИ Н 02 К 7/102, F 16 D 13/64. Электро. ханический тормоз электродвигателя/ И.В. Бочкарев// Откр тия. Изобретения. 1993. № 2.

112. Пат. 310 Кыргызской Республики, МКИ Н 02 К 7/102. Фриконный тормоз с электромагнитный приводом/ И.В. Бочкарев// Интеллектуальная собственность. 1999. № 1.

113. Бочкарев И.В. Разработка электромеханических тормозов с постоянными магнитами с улучшенными удельными показателями// Электротехника. 1998. № 4.

114. Пат. 100 Кыргызской Республики, МКИ Н 01 Н 47/00, Н 02 К 7/102. Устройство для контроля электромеханического тормоза электродвигателя/ И.В. Бочкарев// Интеллектуальная собственность. 1996. № 4.

115. А.с. 1797099 СССР, МКИ G 05 В 23/02. Устройство контроля срабатывания электромагнитного механизма/А. А. Соколов, В.П. Ма-риночкин, В.А. Мочалов, И.В. Бочкарев. // Открытия. Изобретения. 1993. № 7.

116. Пат. 205 Кыргызской республики, G 05 В 23/02. Устройство контроля электромагнитного механизма/ И.В. Бочкарев// Интеллектуальная собственность. 1998. № 1.

117. Пат. 2115151 Российской Федерации, G 05 В 23/02, G 06 G 7/52, G 01 R 35/00, 29/08. Устройство диагностики состояния электромагнитного механизма/ И.В. Бочкарев// Огкрыгия.'Изобрете-ния. 1998. № 19.

118. Бочкарев И.В. Устройство контроля срабатывания электромеханических тормозов// Электротехника. 1997. № 9.

119. ГОСТ 27803-91. Электроприводы регулируемые для металлообрабатывающего оборудования и промышленных роботов. М.: Изд-во стандартов. 1991.

120. ГОСТ 27222-91. Машины электрические вращающиеся. Метод определения сопротивления обмоток без отключения машины от сети. М.: Изд-во стандартов. 1991.

121. А.с. 1108337 СССР, G 01 К13/08, G 01 R 27/08, Н 02 К 3/00, Н 02 Н 5/04. Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой/ А.В. Ашмарин, И.В. Бочкарев// Открытия. Изобретения. 1984. № 30.

122. Бочкарев И.В. Устройство для измерения температуры обмотки электрической машины переменного тока под нагрузкой// Электротехника. 1999. № 2.1. ОГЛАВЛЕНИЕ1. Предисловие Введение

123. Глава первая. Устройство, принцип действия и современное состояние развития электромеханических тормозных устройств, встраиваемых в электродвигатели.1

124. Устройство и принцип действия электромеханических тормозных устройств.1

125. Технические требования, предъявляемые к электромеханическим тормозным устройствам.I.

126. Конструкции тормозов и их классификация .1

127. Анализ схем управления тормозами. .5

128. Выбор конструкции и схемы управления тормозногоустройства.6

129. Фрикционные материалы и особенности их примененияв узлах трения ЭМТУ .7

130. Глава втарая. Математическое описание электромеханических и электромагнитных процессов, протекающих в ЭМТУ в различных режимах работы.8

131. Основные особенности динамических и статических режимов работы растормаживающих электромагнитов ЭМТУ.8

132. Основные уравнения, описывающие динамику электромагнита,и допущения, обусловленные особенностями работы ЭМТУ .9

133. Математическое описание переходных процессов ЭМТУв режиме включения растормаживающего электромагнита .9

134. Математическое описание квазиустановившегося режима работы растормаживающего электромагнита в режиме удержания.10

135. Переходные процессы при отключении растормаживающего электромагнита .10

136. Вопросы проектирования растормаживающего электромагнита ЭМТУ.11

137. Особенности расчета тормозных устройств с постоянными магнитами.12

138. Вопросы расчета и конструирования тормозногофрикционного узла пружинных ЭМТУ.134

139. Методики и примеры расчета ЭМТУ различных типов .143

140. Глава третья. Расчет переходных процессов в электромеханических тормозных устройствах .17031. Методы исследования.170

141. Математическое описание электромагнитных явленийв массивной системе тормоза. Граничные условия . 172

142. Расчет режима включения ЭМТУ с учетом переходныхпроцессов, протекающих в схеме управления.176

143. Нелинейные модели расчета переходных процессовв электромагнитной системе тормоза.181

144. Расчет и анализ переходных процессов .188

145. Взаимное влияние электродвигателя и тормозногоустройства в переходных режимах .195

146. Глава четвертая. Поверочные и оптимизационные расчеты электромеханических тормозных устройств.204

147. Поверочный расчет тормозного устройства .204

148. Поисковый расчет тормозного устройства .208

149. Пример практического использования разработанных алгоритмови методик оптимального проектирования ЭМТУ .218

150. Вопросы проектирования ЭМТУ с постоянными магнитами.231

151. Глава пятая. Диагностика состояния ЭМТУ в процессе эксплуатации . .238

152. Общие вопросы диагностики режима работы ЭМТУ.238

153. Устройства контроля, регистрирующие положение якоря.241

154. Устройства контроля, регистрирующие движение якоря.250

155. Пример практической реализации устройства контроля . .260

156. Вопросы выбора, эксплуатации и испытания тормозных устройств.2641. Заключение.2741. Литература .277

157. Производственно-практическое издание1. Бочкарев Игорь Викторович

158. Быстродействующие электромеханические тормозные устройства для электродвигателей

159. Редактор Н. Л. Пароева Художественный редактор Б. Н. Тумин Художник обложки Б. Н. Тумин1. ЛР №010256 от 07.07.97.

160. Подписано в печать с оригинал-макета 25.03.2001 г. Формат 60x88/16. Усл. печ. л. 18,0. Усл. кр.-отт. 18,31. Уч.-изд. л.18,48. Тираж 500 экз. Заказ т

161. Отпечатано в ГУП "Фирма "Полиграфресурсы". 101429, Москва, ул. Петровка, 26.