浅析电磁涡流刹车制动扭矩.pdf

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1、浅析电磁涡流刹车制动扭矩田成元(甘肃交通职业技术学院汽车工程系甘肃兰州，730070)摘要：作为石油钻机行业目前的主流辅助刹车，电磁涡流刹车已被广泛应用，制动扭矩则是其重要的技术参数指标。本文运用电磁场理论推导了电磁涡流刹车制动扭矩的计算方法，分析了影响制动扭矩的各类因素，并提出部分改进方法。关键词：电磁涡流刹车；制动扭矩；计算方法；影响因素；改进方法中图分类号：TP271．4文献标识码：ADOI编码：10．14016“．cnki．1001—9227．2016．02．062Abstract：Asoilrigindustryis

2、currentlvmemainstreamofauxiliarybrake，eddycurrentbrakehasbeenwidely印plied，thebraketorqueisitsimportanttechnicalparameterindex．Inthispaper，electromagnetictheoryderivedelecnDmagneticeddycurrentbraketorquecalculationmethodtoanalvzethev撕ousfactorsthat甜fectthebrakingtorq

3、ue，andmadesomerecommendationsforimprovement．Keywords：Eddycun．entbrake；Braketorque；Calculationmethod；InⅡuencefactors；ImpmvemethodsO前言电磁涡流刹车是目前广泛应用于石油钻机行业的辅助刹车装置，它是一种将钻具下钻时产生的巨大机械能转换成电能，又将电能转换为热能的非摩擦式能量转换装置。这种能量的转换及强有力的制动过程，是通过电磁感应原理完成的，而非通过摩擦式完成，具有制动扭矩大、无易损件、使用寿命长、操作

4、维护简单、安全可靠等优点。合理地使用电磁涡流刹车，可使司钻更好的控制游车的下落速度，减少刹车带来的游车，大绳的摆动，降低吊卡邻近钻台面时的摆动对井口操作人员的伤害可能，从而有效地提高司钻操作的稳定性和安全性。1电磁涡流刹车的结构及工作原理1t1结构电磁涡流刹车也称为涡流闸，其结构与转差离合器基本一致，主要由刹车主体及控制系统(包括三相电源变压器，整流器箱，司钻开关，选择开关)两部分组成。电磁涡流刹车的刹车主体采用外电枢结构的形式，也就是说，转子在定子外面旋转。转子及定子均由高质量的磁性材料制成，并经过热处理。在定子与转子之间有

5、一定的气隙，称为工作气隙。定子中固定嵌装着励磁线圈，每个线圈用单玻璃丝铜线绕制，外层经绝缘处理与两次真空渗漆，整个线圈的绝缘等级为H级，其允许的工作温度远远超出实际的运转温升。转子轴与滚筒轴用齿式离合器相连，由绞车滚筒驱动，与滚筒同速旋转。图1即为电磁涡流刹车主体结构图。端盖2．转子轴3．定子4．励磁线圈5．呼吸器图l电磁涡流刹车主体结构图收稿日期：2015—09一12作者简介：田成元(1981一)，男，讲师，工程师，主要研究方向为工程机械机电一体化。·62·1．2工作原理当定子励磁线圈中通过直流电流时，转子与定子间便有磁通相

6、连，使涡流刹车装置内部形成一个固定的磁场。当转子随绞车滚筒旋转时，转子沿工作气隙的圆周上的因磁极的齿部和槽部的磁导不等，在空间建立脉动磁场，根据电磁感应定律，转子上便产生感应电势，在这个感应电势作用下，转子中产生感应电流，这个电流就是涡流。涡流形成与固定磁场极性相反的磁场，并使转子上产生一个阻止转子在固定磁场中旋转的力，这个力对转子轴形成的转矩称为电磁转矩，也就是电磁涡流刹车阻止滚筒旋转的制动扭矩，这就是涡流刹车的原理。图2为电磁涡流刹车工作原理图。磁女线—]一机壳图2电磁涡流刹车工作原理图2制动扭矩的推导计算根据电磁感应定律

7、，转子和电枢之间的转速差会产生感应电势涡流产生的感应电势为：E=脱y(V伏)式中：日为气隙磁感应强度(T特斯拉)；L为电枢(转子)有效长度(m米)；矿为导体切割磁力线的圆周线速度(n∥s)y=嘿一‰；％，‰分别为转子和电枢的圆周线速度(m／s)。％=训l尺I‰=训2R2；形。，耽为转子和电枢的角速度；尺。，尺：为转子和电枢的半径，可近似的认为尺，=尺：=R。所以，感应电势为：E=曰L(‰一‰)E=B衄(埘f一埘2)E=B衄埘式中加为转子与电枢的角速度差埘=埘。一钾：。在感应电势的作用下，电枢中产生的涡流电流为：，=鲁二厶d曰L

8、R埘一2Z。。式中z。为涡流回路中的阻抗。涡流电流与磁场感应便产生了电磁力：F=叫观×警=去删鼢电磁力F作用在电枢上，方向与转速相同。《自动化与仪器仪表》2016年第2期(总第196期)电枢上产生的电磁转矩总和为：肘⋯=2z期=酽三2帮·争已。孟n=c詹式中：M⋯为电磁涡流离