Електромагнитен задвижващ механизъм: видове, функции, функции

Компактните, ефикасни и функционални решения за задвижване днес представляват интерес за почти всички сектори на човешката дейност - от тежката промишленост до транспорта и домашните приложения. Това е и причината конвенционалните концепции за задвижване да се усъвършенстват непрекъснато, без да се променя основният дизайн. Най-популярните базови системи от този тип включват електромагнитния задвижващ механизъм, чийто механизъм на действие се използва както в големи съоръжения, така и в малки технически устройства.

Предназначение на задвижването

В почти всички приложения този механизъм действа като задвижващ механизъм в системата. Въпреки това естеството на изпълняваната функция и степента на отговорност в рамките на цялостния работен процес могат да варират. Например при спирателните клапани този задвижващ механизъм отговаря за текущото положение на клапана. По-специално, той задейства затварянето в нормално затворено или отворено положение. Такива устройства се използват в различни комуникационни системи, което определя както принципа на задействане, така и безопасността на устройството. По-специално, електромагнитният задвижващ механизъм за контрол на дима е част от инфраструктурата за пожарна безопасност, структурно свързан с вентилационните канали. Корпусът на задвижването и неговите критични работни части трябва да са устойчиви на високи температури и вреден контакт с опасни за здравето газове. Що се отнася до командата за изпълнение, автоматизацията обикновено се задейства при откриване на аларми за дим. Задвижването тук е техническо средство за управление на потоците дим и пепел.

По-сложна конфигурация на приложение на електромагнитни задвижвания има при многопътните вентили. Това е вид многофункционална или отклоняваща система, чиято сложност на управление се състои в едновременното управление на цяла група функционални единици. В тези системи се използва електромагнитен задвижващ вентил с функция на чучура. Причините за затваряне или отваряне на канала могат да се определят от стойностите на работната среда (налягане, температура), дебита, настройките на времевата програма и др.д.

Дизайн и компоненти

Централният работен елемент на задвижването е соленоиден блок, който се състои от куха намотка и магнитна сърцевина. Електромагнитната комуникация на този компонент с други компоненти се осигурява от малки вътрешни фитинги с пилотни импулсни клапани. В нормално положение ядрото се поддържа от пружина с бутален прът, който лежи на седалка. Освен това типичната конструкция на електромагнитното задвижване предвижда т.нар. ръчно управление на работната част, което поема функцията на механизма в моменти на внезапни колебания на напрежението или пълна липса на захранване. Допълнителни функции могат да бъдат осигурени и от сигнални устройства, допълнителни заключващи елементи и ключалки за основно положение. Въпреки това, тъй като едно от предимствата на този тип задвижване е неголемият му размер, конструкторите са се опитали да избегнат пренасищането със спомагателни устройства, за да оптимизират конструкцията.

Принцип на действие на механизма

Както в магнитните, така и в електромагнитните енергийни устройства ролята на активната среда е магнитният поток. Той използва постоянен магнит, или подобен устройство с възможност за свързване или изключване на дейността му чрез промяна на електрическия сигнал. Задвижващият механизъм започва да работи веднага след подаване на напрежение, когато през веригите на соленоида протича ток. Сърцевината от своя страна започва да се движи спрямо кухината на индукционната бобина, тъй като активността на магнитното поле се увеличава. Действителният, принцип на работа на електромагнитното задвижване е именно преобразуването на електрическата енергия в механична посредством магнитно поле. И веднага след като напрежението се понижи, пружинната сила се задейства, връщайки ядрото на мястото му и връщайки арматурата на задвижващия механизъм в първоначалното му нормално положение. При сложни многостепенни задвижвания могат да се включат и пневматични или хидравлични задвижвания за управление на отделните фази на предаване на силата. По-специално те позволяват първично производство на електроенергия от алтернативни енергийни източници (вода, вятър, слънце), което намалява оперативните разходи.

Привеждане в действие на електромагнитен задвижващ механизъм

Моделът на движение на задвижващото ядро и способността му да действа като изходна сила определят специфичните действия, които механизмът може да извършва. В началото трябва да се отбележи, че в повечето случаи това са устройства с едно-единствено елементарно движение на изпълнителната механика, което рядко се допълва от спомагателни технически функции. Тази характеристика разделя електромагнитните задвижвания на следните видове

• Ротационен. Елементът на тягата се задвижва от потока на тока и кара задвижващия механизъм да се завърти. Тези механизми се използват в сферични и тапицерски вентили, както и в бътерфлай вентили.
• Обръщаем. В допълнение към основното си действие той може да променя посоката на силовия елемент. По-често срещани при отклоняващите клапани.
• Тласкач. Този електромагнитен задвижващ механизъм е с бутащо действие, което се използва и в пренасочващи и спирателни вентили.

От гледна точка на конструкцията силовият елемент и сърцевината могат да бъдат различни части, което увеличава надеждността и дълготрайността на устройството. Друг момент е, че принципът на оптимизация изисква комбинирането на няколко задачи в рамките на функционалността на един технически компонент, за да се спести място и енергия.

Електромагнитни вентили

Задвижващите механизми могат да работят в различни конфигурации, които да отговарят на експлоатационната инфраструктура. Но при всички случаи функцията на основния или силовия елемент сама по себе си няма да е достатъчна, за да има достатъчен ефект по отношение на крайната задача, с няколко изключения. В повечето случаи е необходима и преходна връзка - своеобразен предавател на генерираната механична енергия от самата задвижваща механика към целевото устройство. В случай на система за задвижване на четирите колела например електромагнитният съединител е не само предавател на сила, но и двигател, който свързва неподвижно двата края на вала. Асинхронните машини дори имат своя собствена отличителна полюсно-възбуждаща бобина. Водещата част на тези съединители се основава на принципите на роторната намотка на електродвигателя, което всъщност дава на този елемент функцията на преобразувател и предавател на сила.

При по-простите системи с директно действие задачите по предаване на силата се изпълняват от стандартизирани сачмени лагери, сферични плъзгащи лагери и разпределителни устройства. Специфичният дизайн и работната конфигурация, както и връзката със задвижващата система, се осъществяват по различни начини. Често се правят персонализирани мерки за свързване на компонентите помежду им. Съединителят на електромагнитното задвижване също има собствен метален вал, плъзгачи, колектори и медни пръти. Без да се отчита паралелното разположение на електромагнитните канали с полюсни изводи и контури за управление на посоката на магнитните линии.

Работни параметри на задвижването

Една и съща конструкция и тип на работа може да изискват различно свързване на захранването. Освен това типовете задвижвания се различават по отношение на токовото натоварване, вида на тока, големината на напрежението и т.н.д. Най-простият електромагнитен задвижващ механизъм за клапани работи с електрическа мрежа 220 V, но може да има и модели с подобна конструкция, но изискващи свързване към трифазна промишлена линия 380 V. Изискванията за мощност се определят от размерите устройства и характеристики на ядрото. Скоростта на двигателя, например, оказва пряко влияние върху консумацията на енергия, но заедно с това и върху свойствата на изолацията, намотката и стойностите на съпротивлението. Специално за промишлената електрическа инфраструктура проектът за интегриране на мощно задвижване трябва да изчислява силите на натиск, характеристиките на заземителния контур, схемата за защита на веригата и др.д.

Системи за задвижване на блокове

Най-разпространеният конструктивен елемент на задвижванията, базирани на електромагнитния принцип на действие, е блок (или агрегат). Това е самостоятелно и частично капсулирано устройство, което се монтира към корпуса на крайното приложение или към отделен задвижващ блок. Основната разлика между тези системи е, че техните повърхности по никакъв начин не са в контакт с кухините на силовите трансмисии, а още по-малко с работните елементи на крайните елементи за управление на приложението. Най-малкото тези контакти не налагат предприемането на мерки за защита на двамата. Електромагнитните задвижвания тип блок се използват, когато е необходимо да се изолират функционални единици срещу негативни влияния Електромагнитният задвижващ механизъм е проектиран така, че да издържа на температурните и ергономичните изисквания на работната среда - например на риска от корозия или температурни ефекти. Същият изолиран орган на клапана, подобен на стеблото, се използва за осигуряване на механичната връзка.

Характеристики на интегрирано задвижване

Вид електромагнитен задвижващ механизъм, който е част от работната система, като по този начин свързва с нея цялата комуникационна инфраструктура. Тези устройства обикновено са компактни и леки, което позволява да се инсталират в всички видове инженерни конструкции, без да се засягат значително техните функционални и ергономични свойства. От друга страна, оптимизирането на размера и необходимостта от повече възможности за привързване (директно свързване към оборудването) ограничават създателите на такива механизми до висока степен на сигурност. Ето защо евтините изолационни решения, като например огнеупорните разделителни тръби, са създадени, за да предпазят чувствителните компоненти от агресивните влияния на околната среда. Изключение правят вакуумните вентили с електромагнитно задвижване в метален корпус, към който са свързани компонентите на вентила, изработени от високоякостна пластмаса. Но това са персонализирани, по-големи модели, които предлагат цялостна защита срещу токсични, термични и механични въздействия.

Области на приложение

С този тип задвижване могат да се постигнат различни нива на механична тяга. В най-взискателните и сложни системи безшевни вентили се използват за управление на електромагнитни устройства, като повишават надеждността и ефективността на оборудването. В тази комбинация устройствата се използват в транспортни и комуникационни тръбопроводни мрежи, съоръжения за съхранение на петролни продукти, химическата промишленост, рафинерии и преработвателни предприятия в различни отрасли. При обикновените уреди електромагнитното задвижване на вентилатори за системи за всмукване и изхвърляне на въздух е най-разпространено в домашните приложения. Малките механизми намират своето място и във водопроводните арматури, помпите, компресорите и др.д.

Заключение

Ако структурата на задвижващия механизъм е добре проектирана, електромагнитните елементи могат да осигурят доста рентабилен източник на механична сила. При най-добрите проекти те се отличават с дълъг експлоатационен живот, стабилност на работа, ниска консумация на енергия и гъвкавост при комбиниране с различни задвижвания. Що се отнася до характерните слабости, те се изразяват в нисък имунитет, който е особено очевиден при работата на електромагнитното задвижване на прекъсвача по високоволтови електропроводи с напрежения от 10 kV и повече. Такива системи по дефиниция се нуждаят от специална защита срещу електромагнитни смущения. Също така, с оглед на техническото и конструктивното предизвикателство, което представлява механизмът на буталото и задържащата ключалка в превключвателя, са необходими допълнителни електрически защитни устройства, за да се елиминират рисковете от късо съединение във веригите.