Электромагнитный тормоз своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

Одним из важных конструктивных элементов электродвигателя является тормоз. Он позволяет обеспечить максимально быструю остановку электродвигателя, что необходимо при многих технологических процессах.

Электродвигатели с тормозом устанавливаются на деревообрабатывающих и металлорежущих станках, талях и крановых установках, на упаковочных линиях, эскалаторах, лифтах и на других механизмах, требующих практически мгновенного останова за регламентированное время.

Задачи, выполняемые электромагнитным тормозом

Электродвигатели с электромагнитным тормозом устанавливаются на самом разном оборудовании. Тормоз призван выполнять следующие задачи:

остановка приводимых в движение исполнительных механизмов при их позиционировании;
аварийная остановка в случае угрозы выхода из строя привода;
аварийная остановка для обеспечения безопасного использования привода;
блокировка механизмов при отключении питания;
сокращение времени выбега привода при циклической работе.

Наиболее распространенной задачей является остановка привода на требуемое время или в определенном положении, в соответствии с технологическим процессом.

Особенности конструкции электромагнитного тормоза и принцип действия

Электродвигатели с встроенным тормозом, вне зависимости от типа напряжения имеют одинаковую конструкцию. Конструктивно тормоз состоит из трех основных элементов:

электромагнит, представляющий собой стальной корпус, в котором размещена одна или несколько катушек;
якорь с антифрикционной поверхностью, с которой контактирует тормозной диск. Он выполняет функцию исполнительного элемента электромагнитного тормоза;
тормозной диск, являющийся рабочей частью тормоза и оснащенный безасбестовыми фрикционными накладками и. Он перемещается по зубчатой втулке, которая крепится на заторможенном приводе или валу двигателя.

Принцип действия

В выключенном или остановленном состоянии электродвигатель всегда является заторможенным. Это обеспечивается нажимом тарельчатых пружин на якорь, который воздействует непосредственно на тормозной диск. При этом создается рассчитанный тормозной момент, определяемый, обычно, силой прижатия накладок и их площадью. В результате вал двигателя останавливается.

В момент подачи тока на катушку электромагнита, она генерирует магнитное поле, притягивающее к себе якорь. Он, в свою очередь, отпускает тормозной диск, и вал электродвигателя начинает вращаться. Если с задачей динамического торможения лучше всего справляются сложные электронные устройства, то для работы двигателя в режиме частых пусков остановов лучше всего использовать электромеханические тормозные устройства с ручным растормаживанием.

На что обратить внимание при выборе электромагнитного тормоза

Двигатели могут комплектоваться различными по характеристикам электромагнитными тормозами. Если есть возможность выбрать параметры, то в первую очередь стоит обратить внимание на статический и динамический тормозной момент, а также на время срабатывания. Последний из этих параметров наиболее важен в момент аварийного срабатывания или для расчета тормозного пути. Также стоит поинтересоваться ресурсом тормозных накладок, особенно в том случае, если пуск и останов двигателя происходит регулярно.

Если выключить электрический агрегат от сети, то определенное время он будет вращаться по инерции. В случае если двигатель много весит и имеет высокую ранее набранную скорость, то время до полной остановки будет увеличено.

Но в период функционирования могут использоваться остановки и чрезмерно частые пуски. Следует заметить, что моментальная остановка двигателя куда более значима в сравнении с оперативным стартом.

Если время до запуска двигателя определяется в результате выключенного оборудования, то время при остановке может дать определенные поломки оборудования или даже потенциальные риски для жизни рабочих.

Актуальность применения электромагнитного тормоза

Преобразователь частоты может некоторое время удерживать ротор в неподвижном состоянии путем подачи на двигатель постоянного напряжения. Однако электропривод способен находиться в таком режиме лишь несколько минут, после чего начинают перегреваться обмотки. Поэтому в ряде случаев применяют электродвигатели с тормозом. Прежде всего это относится к грузоподъемному оборудованию — кранам, лифтам и проч.

Электромеханический тормоз позволяет быстро останавливать привод и удерживать его в неподвижном состоянии сколь угодно долго. Обычно такая необходимость продиктована соображениями безопасной эксплуатации оборудования.

Назначение и область применения

Тормозные системы для электродвигателей различных типов предназначены для оперативного снижения частоты вращения рабочего вала вплоть до полной его остановки. Данные устройства получили широкое распространение в приводах различных промышленных механизмов, а именно:

Конвейерное оборудование.
Лифтовое хозяйство и подъемные устройства.
Сервоприводы в системах управления и автоматизации.
Станочное оборудование с циклическим рабочим циклом.
Транспортные средства, включая электропогрузчики, пассажирский электротранспорт.

Применение систем такого класса позволяет предотвратить выбег привода, обеспечить остановку вала в требуемом положении в механизмах, для которых важно позиционирование. Эффективная тормозная система позволяет сократить рабочий цикл оборудования, повысить быстродействие и точность работы, обеспечить безопасные условия эксплуатации.

Конструкция

В конструкцию электромагнитного тормоза входят:

электромагнит с катушкой
тормозной диск с накладками
прижимные пружины
система настройки прижимного момента

В большинстве случаев тормоз является нормально заторможенным. Это означает, что ротор двигателя фиксируется при отсутствии питания тормоза. При подаче питания на катушку тормозные колодки отжимаются, и ротор растормаживается.

Существующие виды тормоза на вал двигателя

На практике используют различные конструктивные исполнения тормоза на вал двигателя. Широкое применение получили системы электрического торможения, такие как:

Устройства динамического торможения, принцип действия которых основан на различиях магнитного поля, создаваемого переменным и постоянным током. При переключении на другой источник питания создается постоянное магнитное поле, создающее тормозной момент, направленный в сторону, противоположную направлению вращения ротора электродвигателя.
Системы рекуперативного торможения в основном используются на подъемном оборудовании, в лифтовом хозяйстве, электротранспорте. Принцип действия основан на использовании разницы в частоте вращения ротора и самой синхронной частоты. В таком режиме двигатель начинает отдавать электроэнергию в сеть, что приводит к снижению мощностии получению требуемого тормозного момента.

Но подобные системы не обеспечивают моментальной остановки, поэтому большее применение получили электродвигатели с электромагнитным тормозом.

Электромагнитный тормоз на электродвигатель

Конструктивно система представляет собой механизм из электромагнита, исполнительного якоря и тормозного диска, который крепится непосредственно на валу двигателя. В состоянии покоя за счет действия пружин тормозной диск жестко фиксируется, что предотвращает возможность вращения вала. При подаче управляющего направления на электромагнит происходит втягивание якоря, устраняющее давление пружин, что позволяет разблокировать тормозной диск и запустить электродвигатель.

При необходимости экстренной остановки напряжение с электромагнита снимают, что вызывает появление тормозного момента, необходимого для блокировки вала.

Способы монтажа

Тормоз может быть встроен в конструкцию двигателя либо являться отдельным устройством. Наиболее предпочтителен встроенный тормоз, который располагается на оси ротора. Такая конструкция отличается компактностью и простотой в эксплуатации.

Если применение двигателя со встроенным тормозом по каким-то причинам нецелесообразно, применяют отдельный тормоз. Его основные преимущества – возможность монтажа в любом месте привода (например, на оси редуктора), размеры и способ крепления устройства не привязаны к конструкции двигателя.

Серия Combinorm

Приводимые в действие постоянным током тормоза и сцепления используют сконцентрированный на полюсах электромагнитный поток для соединения, разделения и удержания валов с подсоединенными к ним нагрузками. Combinorm содержит полную программу тормозов, сцеплений и комбинаций встраиваемых и подключаемых элементов для применения в машинах, сооружениях и приборах с диапазоном применения от О.5 до 5ОО Nm

Combinorm B — самое экономичное решение для торможения и удержания грузов, для установки с встроенным фланцем и валом в машинах и устройствах. Область применения: Обработка почты, ветряные установки, дверные и затворные системы, роликовые конвейеры, обвязочные машины, балансировочные станки, сортирующие устройства.

Combinorm K — линейка бес корпусных конструктивных элементов, разработанная для подключения и торможения вспомогательных приводов, которая благодаря пружинной якорной системе позволяет производить без зазорную передачу. Установка производится непосредственно в конструкции машины. Область применения: бумагообрабатывающее производство, прачечное оборудование, загрузочные машины.

Combinorm C — миллионы раз испытанное в машиностроении переключаемое подключение вала, обеспечивающее простое управление включения и отключения функционирующих частей. Электромагниты с классом изоляции В и с номинальным напряжением 24 В DC создают силовой поток, распространяющийся по полюсам ротора и якоря. Область применения: Бумагоделательное производство, ветряные установки, дверные и затворные системы, системы подачи, пачковязальные устройства, сортирующие устройства.

Combinorm T — это электромагнитные зубчатые муфты для работы в сухой или влажной среде. Крутящие моменты передаются ведущими гранями зубцов без зазора. Для передачи высоких крутящих моментов требуется меньше места в обоих направлениях. Область применения: Дверные приводы. Машины для нанесения печати. Транспортирующие ролики. Агрегатные соединения.

Способы подачи питания на тормоз

Электромеханический тормоз может иметь зависимое или независимое питание. В первом случае его катушка запитывается от того же источника, что и обмотки двигателя. При этом тормоз должен быть нормально заторможенным, чтобы при пропадании питания он фиксировал ротор.

Тормоз с независимым питанием может управляться более гибко, однако он требует отдельную схему питания, которая должна быть синхронизирована с питанием двигателя. Наиболее универсальный тормоз данного типа – двухобмоточный. Катушка в нем состоит из двух обмоток. Короткой обмоткой тормоз включается, длинной (с меньшим током) удерживается.

Если питание двигателя производится от ПЧ, необходимо в настройках преобразователя обратить внимание на параметры электромеханического тормоза. В идеальном варианте ПЧ и двигатель с тормозом должны быть выпущены одним производителем.

Двигатель со встроенным электромагнитным тормозом предназначен для привода механизмов, требующих фиксированного останова за регламентированный промежуток времени, после отключения двигателя от сети. Изделие выпускается с высотой оси вращения 71, 80, 90, 100 мм в исполнениях: — общего назначения любых монтажных исполнений (Е, Е2К); — с ручным растормаживающим устройством (Е2, Е2К2); — с повышенным скольжением; — многоскоростные по согласованию с заказчиком. Режим работы S4 ПВ 40% с числом включений в час 240,120,60 (в зависимости от исполнения). Время растормаживания (включение электромагнитного тормоза) не более 0,02 с. Время отключение тормоза, не более 0,1 с. Питание тормоза осуществляется либо последовательно с фазой двигателя АИР….Е, Е2, либо независимо от двигателя АИР….Е2К, Е2К2 (напряжение питания тормоза 220 В).

Двигатели с пристроенным электромагнитным тормозом АИР71 ЕК…АИР132ЕК, АИР63ЕК2…АИР132ЕК2, изготавливаются в диапазоне высот оси вращения 63… 132 мм и предназначены для привода механизмов, требующих фиксированного останова за регламентированное время после отключения от сети или позиционирования груза рабочих органов механизмов. Режим работы двигателей S4-40% по ГОСТ МЭК 60034-1. Число включений в час 240,120,60 (в зависимости от исполнения). Группа исполнения по стойкости к воздействию механических внешних факторов — М8 и М3 по ГОСТ 17516.1-90. Степень защиты двигателей — IP54, тормоза IP55 по ГОСТ 17494-87. Климатическое исполнение и категория размещения -У2, УЗ, Т2, ТЗ, УХЛ2 по ГОСТ 15150-69. По согласованию с изготовителем возможна поставка двигателей в исполнении У1, а также степенью защиты IP55. Двигатели с пристроенным электромагнитным тормозом изготавливаются на базе двигателей общепромышленного исполнения. Двигатели АИР71 ЕК2…АИР132ЕК2 имеют рычаг для ручного растормаживания, позволяющего проводить пусконаладочные работы, а также разблокировать тормозную систему при потере напряжения на блоке питания. Питание электромагнитного тормоза осуществляется от независимого источника ~ 220В, ~ 380В 50 Гц через выпрямительный блок, входящий в комплект поставки. Выпрямительный блок монтируется вне корпуса электродвигателя (в шкафу, пульте управления). По согласованию с Изготовителем выпрямительный блок может быть установлен в коробке выводов двигателя.

Обслуживание электромеханического тормоза

Поскольку тормоз является электромеханическим устройством, подверженным износу, он нуждается в регулярном техническом обслуживании. Необходимо регулярно проверять тормозной зазор, который должен иметь значение, рекомендованное производителем. Зазор может уменьшаться или увеличиваться, а также иметь перекосы из-за износа тормозных колодок либо пружин, нарушения крепежа.

Поскольку при работе двигателя тормоз подвергается ударам и вибрации, необходимо тщательно следить за фиксацией крепежных гаек и шпилек. Такеж рекомендуется использовать фиксатор резьбы.

Для ремонта и технического обслуживания оборудования обычно предусматривается возможность ручного растормаживания при помощи специального рычага. Эту функцию нужно использовать осторожно во избежание порчи оборудования и травм персонала.

Тормозной момент электромагнитного тормоза может быть отрегулирован в некоторых пределах.

Серия Combibox

Это готовый для установки электромагнитный модуль сцепление-тормоз. Модульная система разработана для множества вариантов применения. Запатентованный способ установки позволяет производить дополнительные настройки воздушного зазора в уже встроенном приборе, что во много раз увеличивает срок службы элементов трения, подверженных износу. Модули (элементы), разработанные для функций включения и останова, значительно снижают потребление энергии благодаря непрерывной работе привода.

тип 10 – с приводимыми в действие постоянным током односторонним сцеплением и тормозом для высокой частоты переключений и точного позиционирования;
тип 09 – версия СОМВIВОX без тормоза, т.е. сцепление в отдельном корпусе для установки, например, между двигателем и передаточным механизмом;
тип 06 – приводимый в действие отключением питания односторонний тормоз на постоянных магнитах. Эта версия отличается тем, что положение выходного вала сохраняется в без токовом состоянии. Значение номинального момента тормоза немного ниже значения номинального момента сцепления.

Режим работы

Использовать электромеханический тормоз для торможения двигателя на ненулевой скорости рекомендуется только в аварийных случаях, поскольку в этом режиме резко повышается износ и нагрев тормозных колодок. Схема должна быть спроектирована таким образом, чтобы тормоз был стояночным, то есть включался только на нулевой скорости. Для этого в ПЧ имеется специальный выход. В таком режиме тормозные колодки почти не изнашиваются и имеют большой ресурс работы.

При частом использовании функции торможения происходит не только износ, но и нагрев тормоза. Если технологический процесс не позволяет сократить число торможений в единицу времени, следует предусмотреть дополнительный обдув тормоза, а также более ответственно подходить к его техобслуживанию.

Другие полезные материалы:

Техобслуживание преобразователя частоты Способы защиты электродвигателей Преимущества и недостатки асинхронного двигателя

Во многих преобразователях частоты имеется функция торможения двигателя постоянным током. При этом обеспечивается надежный останов и фиксация ротора двигателя электромагнитным полем. Однако, в силу физических причин, удержание вала двигателя таким способом возможно лишь на короткое время – несколько десятков секунд. Поэтому, во всех системах, где важно фиксировать механизмы в неподвижном положении, применяются асинхронные двигатели с электромеханическим тормозом.

В этом случае ПЧ либо иная схема выдает сигнал управления на тормоз двигателя. При поступлении такого сигнала двигатель может свободно вращаться. Важно, чтобы сигнал отключения тормоза и подачи питания для вращения двигателя не конфликтовали. Иначе может возникнуть перегрузка и поломка двигателя и ПЧ. Обычно используется простая схема, при которой питание подается одновременно и на обмотки двигателя, и на тормоз.

Тормоз асинхронного двигателя представляет собой два тормозных диска из специального термостойкого материала (феродо), один из которых неподвижен.

Асинхронный двигатель с тормозом нуждается в более тщательном обслуживании – необходимо регулярно чистить и регулировать тормозной зазор, а при необходимости менять тормозные диски.

Вот статья про ПЧ, там торможение обеспечивается частотником, время торможения задается в настройках:

Не забываем подписываться и ставить лайки, впереди много интересного!

Встроенный тормоз электродвигателя

Электродвигатели с тормозом применяются во многих отраслях промышленности в качестве привода оборудования, требующего остановки за время, определенное регламентом в зависимости от производственной задачи после отключения питания мотора.

Двигатели могут комплектоваться тормозами постоянного или переменного тока различного напряжения в зависимости от габарита мотора. Могут быть укомплектованы ручкой для принудительного растормаживания или быть без нее. Тормозной момент электродвигателя может регулироваться или нет.

Устройство электромагнитного тормоза постоянного тока для электродвигателя

Корпус электромагнита 2. Катушка тормоза 3. Пружина 4. Якорь электромагнита 5. Ручка растормаживания 6. Регулировочный болт 7. Болт крепления 8. Тормозной диск 9. Зубчатая муфта 10. Задний подшипниковый щит. Q — воздушный зазор.

Электродвигатели с тормозами постоянного тока дополнительно комплектуются выпрямителями с 4-мя или 6-ю контактами. Схемы подключения электромагнитных устройств бывают 2 типов после отключения питания:

При подобном переключении магнитное поле спадает медленно, как следствие тормоз срабатывает медленнее и вследствие этого медленнее растет тормозной момент. Такой способ переключения применяется там, где нет необходимости в быстром срабатывании тормоза.

В такой схеме переключение происходит между выпрямителем и электромагнитом, магнитное поле редуцируется с высокой скоростью и тормозной момент быстро увеличивается. Скачки высокого напряжения, которые образуются как следствие такого подключения, приводят к искрению контактов выпрямителей, однако они не наносят ущерба оборудованию, так как выпрямители оснащены защитными средствами. Такое подключение применяется там, где нужно позиционирование привода, а так же большое количество переключений.

Большинство асинхронных двигателей, используемых в промышленном оборудовании, подключаются через преобразователи частоты. Частотник прекрасно справляется с замедлением и торможением привода. Избыточная энергия, которая при динамическом торможении накапливается на конденсаторах звена постоянного тока, выделяется в виде тепла на тормозном резисторе. Однако есть ситуации, когда требуется специализированное решение — двигатель с электромеханическим (электромагнитным) тормозом.

Актуальность применения электромагнитного тормоза

Конструкция

В конструкцию электромагнитного тормоза входят:

электромагнит с катушкой
тормозной диск с накладками
прижимные пружины
система настройки прижимного момента

Способы монтажа

Способы подачи питания на тормоз

Временные параметры торможения

При проектировании тормозной системы следует учитывать, что время срабатывания тормоза обычно гораздо меньше, чем время его отпускания.

Типовым временем включения тормоза (растормаживание при включении двигателя) можно считать 40-60 мс в зависимости от мощности и напряжения питания. Время выключения при правильной регулировке не должно превышать 0,2 с.

Обслуживание электромеханического тормоза

Тормозной момент электромагнитного тормоза может быть отрегулирован в некоторых пределах.

Режим работы

Читайте также: