Napęd elektromagnetyczny: rodzaje, przeznaczenie, zasada działania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

W dzisiejszych czasach stosowanie kompaktowych, wydajnych i funkcjonalnych mechanizmów napędowych interesuje prawie wszystkie obszary działalności człowieka, od przemysłu ciężkiego po transport i gospodarstwa domowe. Stąd też ciągłe doskonalenie tradycyjnych koncepcji bloków energetycznych, które choć są udoskonalane, nie zmieniają podstawowego urządzenia. Do najpopularniejszych podstawowych systemów tego typu należy napęd elektromagnetyczny, którego mechanizm pracy znajduje zastosowanie zarówno w sprzęcie wielkoformatowym, jak i w małych urządzeniach technicznych.

Przypisanie Dysku

W prawie wszystkich aplikacjach docelowych ten mechanizm działa jako organ wykonawczy systemu. Inna sprawa, że charakter pełnionej funkcji i stopień jej odpowiedzialności w ramach całego procesu pracy może ulec zmianie. Na przykład,w zaworach odcinających napęd ten odpowiada za aktualne położenie zaworu. W szczególności, ze względu na swój wysiłek, zakładka przyjmuje pozycję stanu normalnie zamkniętego lub otwartego. Takie urządzenia są używane w różnych systemach komunikacyjnych, co określa zarówno zasadę działania, jak i właściwości ochronne urządzenia. W szczególności elektromagnetyczny napęd oddymiania wchodzi w skład infrastruktury systemu przeciwpożarowego, dokując konstrukcyjnie do kanałów wentylacyjnych. Obudowa napędu i jej krytyczne części robocze muszą być odporne na wysokie temperatury i szkodliwy kontakt z termicznie niebezpiecznymi gazami. Jeśli chodzi o polecenie do wykonania, automatyka zwykle działa po wykryciu śladów dymu. Napęd w tym przypadku jest technicznym środkiem regulacji przepływu dymu i palenia.

Bardziej złożona konfiguracja do wykorzystania siłowników elektromagnetycznych ma miejsce w zaworach wielodrogowych. Są to pewnego rodzaju systemy kolektorów lub dystrybucji, których złożoność polega na jednoczesnym sterowaniu całymi grupami jednostek funkcjonalnych. W takich układach stosowany jest siłownik zaworu elektromagnetycznego z funkcją przełączania przepływów przez dysze. Przyczyną zamknięcia lub otwarcia kanału mogą być określone wartości czynnika roboczego (ciśnienie, temperatura), natężenie przepływu, ustawienia programu na czas itp.

Projekt i komponenty

Centralnym elementem roboczym napędu jest blok elektromagnetyczny, który jest utworzony przez wydrążoną cewkę iRdzeń magnetyczny. Komunikacyjne połączenia elektromagnetyczne tego elementu z innymi częściami zapewniają małe wewnętrzne złączki z zaworami impulsów sterujących. W stanie normalnym rdzeń jest podtrzymywany przez sprężynę z trzpieniem spoczywającym na siodle. Ponadto typowe urządzenie z napędem elektromagnetycznym zapewnia obecność tzw. ręcznego przesterowania części roboczej, która przejmuje funkcje mechanizmu w momentach nagłych zmian lub całkowitego braku napięcia. Dodatkowa funkcjonalność może być zapewniona za pomocą sygnalizacji, pomocniczych elementów blokujących i utrwalaczy położenia rdzenia. Ponieważ jednak jedną z zalet tego typu dysków jest ich mały rozmiar, w celu optymalizacji programiści starają się unikać nadmiernego nasycenia projektu urządzeniami wtórnymi.

Zasada działania mechanizmu

W magnetycznych i elektromagnetycznych urządzeniach zasilających rolę ośrodka aktywnego pełni strumień magnetyczny. Do jego utworzenia stosuje się magnes trwały lub podobne urządzenie z możliwością połączenia punktowego lub odłączenia jego działania poprzez zmianę sygnału elektrycznego. Organ wykonawczy zaczyna działać od momentu podania napięcia, kiedy prąd zaczyna płynąć przez obwody elektrozaworu. Z kolei rdzeń wraz ze wzrostem aktywności pola magnetycznego zaczyna swój ruch względem wnęki cewki indukcyjnej. Właściwie zasada działania napędu elektromagnetycznego sprowadza się po prostu do zamiany energii elektrycznej namechaniczne za pomocą pola magnetycznego. A gdy tylko napięcie spada, do akcji wkraczają siły sprężyny sprężystej, która przywraca rdzeń na swoje miejsce, a zwora napędowa przyjmuje swoje pierwotne, normalne położenie. Również w celu regulacji poszczególnych etapów przenoszenia siły w złożonych napędach wielostopniowych można dodatkowo włączyć napędy pneumatyczne lub hydrauliczne. W szczególności umożliwiają pierwotną generację energii elektrycznej z alternatywnych źródeł energii (woda, wiatr, słońce), co obniża koszty pracy urządzeń.

Działanie siłownika elektromagnetycznego

Wzorzec ruchu rdzenia napędowego i jego zdolność do pracy jako jednostka mocy wyjściowej określają cechy czynności, które mechanizm może wykonywać. Należy od razu zauważyć, że w większości przypadków są to urządzenia o tym samym rodzaju elementarnych ruchów mechaniki wykonawczej, które rzadko są uzupełniane pomocniczymi funkcjami technicznymi. Na tej podstawie napęd elektromagnetyczny dzieli się na następujące typy:

• Obrotowy. W procesie przykładania prądu aktywowany jest element mocy, który wykonuje obrót. Takie mechanizmy są stosowane w zaworach kulowych i grzybkowych, a także w systemach zaworów motylkowych.
• Odwracalne. Oprócz głównej akcji jest w stanie zapewnić zmianę kierunku elementu mocy. Częściej stosowane w zaworach sterujących.
• Pchanie. Ten siłownik elektromagnetyczny wykonuje działanie pchające, które jest również stosowane w dystrybucji izawory zwrotne.

Z punktu widzenia rozwiązania konstrukcyjnego element zasilający i rdzeń mogą być różnymi częściami, co zwiększa niezawodność i trwałość urządzenia. Inną rzeczą jest to, że zasada optymalizacji wymaga połączenia kilku zadań w ramach funkcjonalności jednego komponentu technicznego w celu zaoszczędzenia miejsca i zasobów energii.

Złączki elektromagnetyczne

Organy wykonawcze napędu mogą pracować w różnych konfiguracjach, wykonując określone czynności wymagane do działania określonej infrastruktury roboczej. Jednak w każdym razie sama funkcja rdzenia lub elementu siły nie wystarczy, aby z rzadkimi wyjątkami zapewnić wystarczający efekt w zakresie wykonania ostatecznego zadania. W większości przypadków wymagane jest również łącze przejściowe - rodzaj translatora generowanej energii mechanicznej z bezpośrednio napędzanej mechaniki na urządzenie docelowe. Na przykład w systemie napędu na wszystkie koła sprzęgło elektromagnetyczne działa nie tylko jako przekaźnik siły, ale jako silnik, który sztywno łączy obie części wału. Mechanizmy asynchroniczne mają nawet własną cewkę wzbudzającą z wyraźnymi biegunami. Część wiodąca takich sprzęgieł wykonana jest zgodnie z zasadami uzwojenia wirnika silnika elektrycznego, co daje temu elementowi funkcje przekształtnika i translatora siły.

W prostszych systemach o działaniu bezpośrednim zadanie przenoszenia siły jest wykonywane przez standardowe urządzenia z łożyskami kulkowymi, jednostki obrotowe i dystrybucyjne. Konkretnywykonanie i konfiguracja akcji oraz połączenie z układem napędowym realizowane są na różne sposoby. Często opracowywane są indywidualne schematy łączenia komponentów ze sobą. W tym samym elektromagnetycznym sprzęgle napędowym cała infrastruktura jest zorganizowana z własnym metalowym wałem, pierścieniami ślizgowymi, kolektorami i miedzianymi prętami. I to nie licząc równoległego ułożenia kanałów elektromagnetycznych z nabiegunnikami i konturami kierunku linii pola magnetycznego.

Parametry operacyjne napędu

Ten sam projekt z typowym schematem działania może wymagać połączenia o różnych pojemnościach. Również typowe modele układów napędowych różnią się obciążeniem mocy, rodzajem prądu, napięciem itp. Najprostszy siłownik zaworu elektromagnetycznego działa na 220 V, ale mogą istnieć również modele o podobnej konstrukcji, ale wymagające podłączenia do trójfazowych sieci przemysłowych pod napięciem 380 V. Wymagania dotyczące zasilania określa wielkość urządzenia i charakterystyka rdzeń. Na przykład liczba obrotów silnika bezpośrednio determinuje ilość pobieranej mocy, a wraz z nią właściwości izolacyjne, uzwojenia i parametry rezystancyjne. Mówiąc konkretnie o przemysłowej infrastrukturze elektrycznej, projekt integracji ciężkich napędów powinien uwzględniać siłę trakcyjną, charakterystykę pętli uziemienia, schemat wdrożenia urządzenia zabezpieczającego obwód itp.

Modułowe systemy napędowe

Najczęstszestrukturalna forma do produkcji mechanizmów napędowych opartych na elektromagnetycznej zasadzie działania to blok (lub agregat). Jest to niezależne i nieco odizolowane urządzenie, które jest montowane na korpusie mechanizmu celowniczego lub też jako osobna jednostka uruchamiająca. Zasadnicza różnica między takimi systemami polega na tym, że ich powierzchnie nie stykają się z wnękami przejściowych ogniw energetycznych, a ponadto z elementami roboczymi organów wykonawczych docelowego sprzętu. Przynajmniej takie kontakty nie wymagają podejmowania jakichkolwiek działań w celu ochrony obu struktur. Napęd elektromagnetyczny typu blokowego znajduje zastosowanie w przypadkach, gdy jednostki funkcjonalne muszą być odizolowane od negatywnego wpływu środowiska pracy - na przykład od ryzyka uszkodzenia korozyjnego lub narażenia na temperaturę. Aby zapewnić wiązanie mechaniczne, używana jest ta sama izolowana zwora jak trzpień.

Zintegrowane funkcje napędu

Rodzaj elektromagnetycznych napędów zasilających, które działają jako integralna część działającego systemu, tworząc z nim pojedynczą infrastrukturę komunikacyjną. Z reguły takie urządzenia mają kompaktowe wymiary i niewielką wagę, co pozwala na ich integrację z różnymi konstrukcjami inżynierskimi bez znaczącego wpływu na ich właściwości funkcjonalne i ergonomiczne. Z drugiej strony optymalizacja rozmiaru i potrzeba poszerzenia możliwości wiązania (bezpośrednie połączenie ze sprzętem) ogranicza twórców w dostarczaniuwysoki stopień ochrony takich mechanizmów. Dlatego rozważane są typowe ekonomiczne rozwiązania izolacyjne, takie jak oddzielenie hermetycznych rurek, które pomagają chronić wrażliwe elementy przed agresywnym działaniem środowiska pracy. Wyjątkiem są zawory próżniowe z napędem elektromagnetycznym w metalowej obudowie, do których połączone są złączki wykonane z wytrzymałego tworzywa sztucznego. Ale są to już wyspecjalizowane modele powiększone, które posiadają kompleksową ochronę przed czynnikami toksycznymi, termicznymi i mechanicznymi.

Obszary zastosowań urządzenia

Za pomocą tego napędu rozwiązywane są zadania mechanicznego wsparcia mocy na różnych poziomach. W najbardziej krytycznych i skomplikowanych systemach do sterowania urządzeniami elektromagnetycznymi stosuje się oprawy bezdławnicowe, co zwiększa stopień niezawodności i wydajności urządzeń. W takim połączeniu jednostki znajdują zastosowanie w sieciach rurociągów transportowych i komunikacyjnych, przy utrzymaniu obiektów magazynowych z produktami naftowymi, w przemyśle chemicznym, na stacjach przetwórczych i zakładach w różnych gałęziach przemysłu. Jeśli mówimy o prostych urządzeniach, to w sferze domowej powszechny jest elektromagnetyczny napęd wentylatora do układów nawiewno-wywiewnych. Mechanizmy małoformatowe znajdują również swoje miejsce w armaturze, pompach, sprężarkach itp.

Wniosek

Pod warunkiem, że konstrukcja mechanizmu napędowego jest odpowiednio zaprojektowana, na bazie elementów elektromagnetycznych można uzyskać całkiem opłacalneźródło siły mechanicznej. W najlepszych wersjach takie urządzenia wyróżnia wysoki zasób techniczny, stabilna praca, minimalny pobór mocy oraz elastyczność w zakresie łączenia z różnymi siłownikami. Jeśli chodzi o charakterystyczne słabości, objawiają się one niską odpornością na zakłócenia, co jest szczególnie widoczne w pracy napędu elektromagnetycznego wyłącznika na liniach wysokiego napięcia o napięciu 10 kV. Takie systemy z definicji wymagają szczególnej ochrony przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. Ponadto, ze względu na złożoność techniczną i konstrukcyjną, wynikającą z zastosowania w wyłączniku mechanizmu uchylno-dźwigniowego z popychaczem i zatrzaskiem przytrzymującym, wymagane jest dodatkowe podłączenie elektrycznych urządzeń zabezpieczających w celu wyeliminowania ryzyka zwarć w obwodach.