Електромагнітний привід: типи, призначення, принцип роботи

У застосуванні компактних, продуктивних і функціональних приводних механізмів сьогодні зацікавлені практично всі сфери діяльності людини від важкої промисловості до транспорту і побутового господарства. Цим обумовлено і постійне вдосконалення традиційних концепцій силових агрегатів, які хоч і поліпшуються, але не змінюють принципового пристрою. До найбільш популярним базовим системам такого типу можна віднести електромагнітний привід, робочий механізм якого задіюється і в великоформатному обладнанні, і в дрібних технічних пристроях.

Призначення приводу

Практично у всіх цільових об`єктах застосування даний механізм виступає виконавчим органом системи. Інша справа, що характер виконуваної функції і ступінь її відповідальності в рамках загального робочого процесу може змінюватися. Наприклад, в запірній арматурі даний привід відповідає за поточне положення клапана. Зокрема, за рахунок його зусилля перекриття приймає положення нормально закритого або відкритого стану. Такі пристрої використовують в різних комунікаційних системах, що визначає і принцип спрацьовування, і захисні характеристики пристрою. Зокрема, електромагнітний привід димовидалення входить в інфраструктуру системи пожежної безпеки, конструкційно стикуючись з вентиляційними каналами. Корпус ПРИВОДУ і його відповідальні робочі частини повинні бути стійкі до високих температур і шкідливих контактів з термічно небезпечними газами. Що стосується команди на виконання, то зазвичай спрацьовує автоматика при фіксації ознак задимлення. Привід в даному випадку є технічним засобом регуляції потоків диму і гару.

Більш складна конфігурація застосування електромагнітних виконавчих органів має місце в багатоходових кранах. Це свого роду колекторні або розподільні системи, складність управління якими полягає в одночасному контролі цілих груп функціональних вузлів. У таких системах використовується електромагнітний привід клапана з функцією перемикання потоків через патрубки. Приводом для закриття або відкриття каналу можуть служити певні величини робочого середовища (тиск, температура), інтенсивність потоку, програмні настройки за часом і т.д.

Конструкція і складові частини

Центральним робочим елементом приводу є блок соленоїда, який утворюється порожнистої котушкою і магнітним сердечником. Комунікаційні електромагнітні зв`язки даного компонента з іншими деталями забезпечуються малої внутрішньої арматурою з керуючими імпульсними клапанами. У нормальному стані сердечник підтримується пружиною зі штоком, який спирається в сідло. Крім того, Типовий пристрій електромагнітного приводу передбачає наявність так званого ручного дублера робочої частини, який бере на себе функції механізму в моменти різких перепадів або повної відсутності напруги. Може передбачатися і додатковий функціонал, що забезпечується засобами сигналізації, допоміжними замикаючими елементами і фіксаторами позиції сердечника. Але оскільки однією з переваг приводів такого типу є невеликий розмір, то з метою оптимізації розробники намагаються виключати надмірне насичення конструкції другорядними пристроями.

Принцип роботи механізму

І в магнітних, і в електромагнітних силових пристроях роль активного середовища виконує магнітний потік. Для його формування використовується або постійний магніт, або подібне пристрій з можливістю точкового підключення або відключення його активності шляхом зміни електричного сигналу. Виконавчий орган починає діяти з моменту подачі напруги, коли по контурах соленоїда починає проходити струм. У свою чергу, сердечник у міру нарощування активності магнітного поля починає свій рух щодо порожнини котушки індуктивності. Власне, принцип роботи електромагнітного приводу якраз і зводиться до перетворення електричної енергії в механічну за допомогою магнітного поля. І як тільки напруга падає, в справу вступають сили пружної пружини, яка повертає на місце сердечник і арматура приводу приймає вихідне нормальне положення. Також для регуляції окремих етапів передачі зусилля в складних багатоступеневих приводах можуть додатково включатися пневмо - або гідроприводи. Зокрема, вони роблять можливим первинну генерацію електрики з джерел альтернативної енергії (води, вітру, сонця), що здешевлює робочий процес обладнання.

Виконавчі дії електромагнітного привода

Схема руху приводного сердечника і його здатності працювати в якості вихідного силового вузла визначають особливості дій, які може здійснювати механізм. Відразу треба відзначити, що в більшості випадків це пристрої з однотипними елементарними рухами виконавчої механіки, які рідко доповнюються допоміжними технічними функціями. За цією ознакою електромагнітний привід розділяється на наступні типи:

• Поворотний. В процесі подачі струму відбувається спрацьовування силового елемента, який здійснює поворот. Такі механізми використовуються в кульових і пробкових кранах, а також в дискових затворних системах.
• Реверсивний. Крім основного дії здатний забезпечувати зміну напрямків силового елемента. Частіше зустрічається в розподільних клапанах.
• Штовхальний. Даний електромагнітний привід виконує штовхає дію, яке також застосовується в розподільних і запірних клапанах.

З точки зору конструкційного рішення силовий елемент і сердечник цілком можуть бути різними деталями, що підвищує надійність і довговічність пристрою. Інша справа, що принцип оптимізації вимагає поєднання декількох завдань в рамках функціоналу одного технічного компонента з метою економії місця і енергетичних ресурсів.

Електромагнітна арматура

Виконавчі органи приводу можуть працювати в різних конфігураціях, здійснюючи ті чи інші дії, потрібні для експлуатації конкретної робочої інфраструктури. Але в будь-якому випадку однієї лише функції сердечника або силового елемента буде недостатньо для надання достатнього ефекту з точки зору виконання кінцевої задачі за рідкісними винятками. У більшості випадків потрібно і перехідна ланка-свого роду транслятор генерованої механічної енергії від безпосередньо приводний механіки до цільового пристрою. Наприклад, в системі повного приводу електромагнітна муфта виступає не просто передавачем зусилля, а двигуном, який жорстко з`єднує дві частини вала. В асинхронних механізмах передбачається навіть власна котушка збудження з вираженими полюсами. Провідна частина таких муфт виконується за принципами роторної обмотки електродвигуна, що і зовсім наділяє цей елемент функціями перетворювача і транслятора зусилля.

У більш простих системах з прямою дією завдання трансляції зусилля виконують стандартні шарикопідшипникові пристрої, шарнірні і розподільні агрегати. Конкретне виконання і конфігурація дії, а також взаємозв`язок з приводний системою реалізується по-різному. Нерідко розробляються індивідуальні схеми сполучення компонентів між собою. У тій же муфті електромагнітного приводу організовується ціла інфраструктура з власним металевим валом, контактними кільцями, колекторами і мідними брусками. І це не рахуючи паралельного пристрою електромагнітних каналів з полюсними наконечниками і контурами напрямку ліній магнітного поля.

Робочі параметри приводу

Одна і та ж конструкція з типовою схемою роботи може вимагати підключення різних потужностей. Також типові моделі приводних систем розрізняються по силовому навантаженні, виду струму, величиною напруги і т.д. Найпростіший електромагнітний привід клапана працює від мережі на 220 В, але також можуть зустрічатися моделі з аналогічною конструкцією, але вимагають з`єднання з трифазними промисловими мережами на 380 В. Вимоги до енергетичного харчування визначаються розмірами пристрої та характеристиками роботи сердечника. Кількість обертів двигуна, наприклад, безпосередньо визначає обсяг споживаної потужності, а разом з нею властивості ізоляції, обмотки і параметри опору. Якщо конкретно говорити про промислову електротехнічну інфраструктуру, то в проекті інтеграції потужного приводу повинні бути розраховані тягові зусилля, характеристики заземлюючого контуру, схема реалізації запобіжних пристроїв ланцюга т.д.

Блокові приводні системи

Найбільш поширений конструкційний форм-фактор випуску приводних механізмів на електромагнітному принципі дії-блоковий (або агрегатний). Це самостійне і частково ізольований пристрій, який монтується на корпусі цільового механізму або також відокремленого виконавчого вузла. Принципова відмінність таких систем полягає в тому, що їх поверхні ніяк не стикаються з порожнинами перехідних силових ланок і тим більше робочих елементів виконавчих органів цільового обладнання. Принаймні, такі контакти не обумовлюють необхідності прийняття будь-яких заходів для захисту обох конструкцій. Блоковий тип електромагнітного приводу задіють в тих випадках, коли функціональні вузли потрібно ізолювати від негативного впливу робочого середовища-наприклад, від ризиків корозійного ураження або температурного впливу. Для забезпечення механічної зв`язки використовується такий же ізольований орган арматури на зразок штока.

Особливості вбудованого приводу

Різновид електромагнітних силових приводів, які виступають у вигляді складової частини робочої системи, утворюючи з нею єдину комунікаційну інфраструктуру. Як правило, такі пристрої мають компактні розміри і невелику масу, що і дозволяє їх вбудовувати в найрізноманітніші інженерно-технічні конструкції без істотного впливу на їх функціональні та ергономічні характеристики. З іншого боку, оптимізація за розмірами і необхідність розширення можливостей для обв`язки (прямого підключення до обладнання) обмежує творців у забезпеченні високого ступеня захищеності таких механізмів. Тому продумуються типові бюджетні ізолюючі рішення на зразок розділових герметичних трубок, які допомагають захищати чутливі елементи від агресивного впливу робочого середовища. До винятків можна віднести вакуумні клапани з електромагнітним приводом в металевому корпусі, до якого підключаються арматурні вузли з високоміцного пластика. Але це вже спеціалізовані укрупнені моделі, що мають комплексний захист від токсичних, термічних і механічних факторів впливу.

Сфери застосування пристрою

За допомогою даного приводу вирішуються завдання силового механічного забезпечення різного рівня. У найбільш відповідальних і складних системах для управління електромагнітними пристроями застосовується безсальникова арматура, що підвищує ступінь надійності і продуктивності обладнання. У такій комбінації агрегати використовуються в транспортних і комунікаційних трубопровідних мережах, при обслуговуванні сховищ з нафтопродуктами, в хімічній промисловості, на переробних станціях і комбінатах в різних галузях виробництва. Якщо ж говорити про простих пристроях, то в побутовій сфері поширений електромагнітний привід вентилятора припливних і витяжних систем. Дрібноформатні механізми також знаходять своє місце в сантехнічній арматурі, насосах, компресорах і т.д.

Укладення

За умови грамотного проектування структури приводного механізму, на базі електромагнітних елементів можна отримати досить вигідне джерело механічного зусилля. У найкращих виконаннях такі пристрої відрізняються високим технічним ресурсом, стабільністю роботи, мінімальними обсягами енергоспоживання і гнучкістю з точки зору поєднання з різними виконавчими механізмами. Що стосується характерних слабких місць, то вони проявляються в низькій завадостійкості, що особливо виражено в роботі електромагнітного приводу вимикача на високовольтних лініях електропередач з напругою від 10 кВ. Такі системи за визначенням потребують спеціального захисту від електромагнітних перешкод. Також, зважаючи техніко-конструкційної складності, обумовленої застосуванням у вимикачі Шарнірно-важільного механізму з штовхачем і утримує засувкою, потрібне додаткове підключення захисних електротехнічних пристроїв, що виключають ризики короткого замикання в контурах.