Для чего служат исполнительные электромагнитные механизмы
Электромагнитные исполнительные механизмы
В электромагнитных (или соленоидных) исполнительных механизмах двигателем является электромагнит, притягивающий свой якорь при подаче электрического сигнала в его обмотку.
Электромагнитные исполнительные механизмы осуществляют поступательное движение приводных органов по дискретному принципу: «начальное положение» – «конечное положение».
Электромагнитные исполнительные механизмы разделяются:
− по конструкции – на исполнительные механизмы тянущего и толкающего действия;
− в зависимости от рода тока, который должен подводиться к обмоткам электромагнита – на электромагнитные исполнительные механизмы постоянного и переменного тока.
Электромагниты переменного тока бывают однофазными и многофазными. Магнитный поток в них периодически меняется по величине и направлению. В результате этого сила электромагнитного притяжения в однофазных электромагнитах пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой, и якорь такого электромагнита, следовательно, будет притягиваться под действием среднего значения тягового усилия, называемого постоянной составляющей усилия.
Естественно, что эта сила в электромагните переменного тока получится значительно меньше, чем тяговое усилие электромагнита постоянного тока тех же размеров.
Однако, несмотря на это, электромагнитные однофазные приводы переменного тока применяются в практике чаще, чем электромагниты постоянного тока, так как они могут непосредственно (без применения трансформаторов и выпрямителей, как это требуется для электромагнитов постоянного тока) работать от промышленной сети с частотой 50 Гц и напряжением 127/220/380 В.
Многофазные электромагниты переменного тока (обычно применяются двухфазные или трехфазные электромагниты) состоят соответственно из двух или трех электромагнитов, питаемых токами, сдвинутыми друг относительно друга по фазе, и имеющих общий якорь. Так как токи в каждом из этих электромагнитов проходят через нуль в разные моменты времени, результирующее усилие, действующее на якорь, никогда не обращается в нуль, а при соответствующем выборе фазового сдвига между токами вообще получается постоянным.
Основное достоинство электромагнитных исполнительных механизмов – их конструктивная простота.
Недостатком их является то, что они обеспечивают возможность работы приводных органов только по принципу «начальное положение» – «конечное положение» (т. е. без фиксации промежуточных положений).
Другим недостатком электромагнитных исполнительных механизмов является то, что они имеют сравнительно небольшие тяговые и толкающие усилия (при обеспечении больших тяговых, и толкающих усилий они получаются слишком громоздкими). Электромагнитные исполнительные механизмы имеют высокое быстродействие в работе. Это позволяет их широко использовать в различных системах автоматизации технологических процессов.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Исполнительные механизмы в системах автоматизации литейных процессов
Исполнительные механизмы в системах автоматического управления технологическими процессами предназначены для непосредственного воздействия на управляемый объект или его органы управления.
Исполнительные механизмы должны удовлетворять следующим требованиям:
иметь по возможности линейные статические характеристики;
обладать мощностью, достаточной для приведения в движение объекта управления или его органов во всех режимах работы;
иметь необходимое быстродействие;
обеспечить по возможности простое и экономичное регулирование выходной величины;
иметь малую мощность управления.
Особенности при работе в литейных цехах
Для систем автоматизации литейных процессов характерно наличие двух режимов управления: дистанционного и автоматического.
Для исполнительных механизмов в системах дистанционного управления основные показатели энергетические, кроме того необходимы эксплуатационные, конструктивные и экономические характеристики.
Для исполнительных механизмов в системах автоматического управления наиболее важными являются их статические и динамические свойства, которые влияют на устойчивость и качество регулирования. Эти особенности выбора исполнительных механизмов в системах автоматизации процессов литья необходимо учитывать при их проектировании.
Главными энергетическими параметрами исполнительных механизмов (дистанционное управление) являются номинальный момент (усилие, развиваемое при номинальном управляющем воздействии) и пусковой момент (усилие, развиваемое в момент включения под действием номинального управляющего сигнала).
Отношение пускового момента к приведенному моменту инерции исполнительного механизма определяет его инерционность, т. е. время от начала движения до установившейся номинальной скорости перемещения выходного органа. Для уменьшения времени разгона пусковой момент не должен превышать 2 — 2,5 номинального момента.
В системах позиционного регулирования, когда регулирующее воздействие имеет два установленных значения, исполнительные механизмы должны обеспечивать возможность изменения управляющего воздействия от максимального значения.
В системах с регуляторами постоянной скорости управляющее воздействие на объект определяется временем перемещения регулирующего органа, скорость перестановки которого зависит от технических данных исполнительных механизмов.
В системах пропорционального регулирования регулирующее воздействие на объект пропорционально отклонению параметра от заданного значения, а коэффициент пропорциональности зависит от конструкции исполнительного механизма, тормозных устройств и выбега после отключения.
В ряде систем автоматического управления литейными процессами исполнительные механизмы охватываются обратными связями по положению регулирующего органа. Укрупненная оценка статических и динамических свойств исполнительных механизмов осуществляется при рассмотрении их точности и быстродействия.
При проектировании исполнительные механизмы необходимо установить скорость перемещения его выходного устройства при номинальной нагрузке и управляющий сигнал, соответствующий номинальной скорости перемещения выходного устройства.
В системах автоматизации литейного производства применяют весьма разнообразные исполнительные механизмы. По конструкции их делят на электромеханические, электромагнитные, гидравлические, пневматические и комбинированные.
Электромеханические исполнительные механизмы
Электромеханические исполнительные механизмы используют для управления разнообразными запорными и регулирующими рабочими органами систем автоматизации. В их комплекты могут входить электродвигатель, редуктор, конечные выключатели, муфта предельного момента для защиты двигателя от перегрузок и датчик обратной связи.
К электромеханическим исполнительные механизмы относятся устройства поворота ковшей автоматизированной заливки, открывания-закрывания бункеров весовых дозаторов в системах шихтовки и смесеприготовления, загрузки плавильных агрегатов и др.
В указанных процессах литья электромеханические исполнительные механизмы обеспечивают:
дистанционный или автоматический пуск электропривода с помощью пусковых кнопок «Закрыть» и «Открыть» ;
остановку электропривода в любом промежуточном положении с помощью кнопок или контактов путевых выключателей;
аварийный останов при критических перегрузках;
дистанционную световую сигнализацию крайних положений рабочего органа (подъемника, днища бункера, литейного ковша и др.;
электрическую блокировку с другими механизмами.
Электромагнитные исполнительные механизмы
Электромагнитные исполнительные механизмы представляют собой совокупность электромагнита с перемещаемым им механическим устройством. Они сообщают поступательное движение приводу управляемого органа.
Электромагнитные исполнительные механизмы используют для управления клапанами, вентилями, задвижками и золотниками в системах автоматизации процессов регулирования подачи ваграночного дутья, подогрева, подачи кислорода в сталеплавильном процессе, в системах с применением электрогидравлических или электропневматических устройств, в которых электромагнит перемещает распределительный золотник и др.
Недостаток электромагнитных клапанов и вентилей заключается в том, что при практически мгновенных переключениях могут возникать гидравлические удары.
Гидравлические исполнительные механизмы
Гидравлические исполнительные механизмы широко применяют в автоматических литейных линиях и системах благодаря тому, что они допускают значительные кратковременные 5 — 7-кратные перегрузки, имеют большие выходные моменты (усилия) при малых размерах и могут обеспечить угловые ускорения свыше 20 000 рад/с.
Наиболее широко используют гидравлические поршневые исполнительные механизмы, где в качестве рабочей жидкости применяют нефтяные масла, синтетические жидкости, спирто-глицериновую смесь и др.
В литейных системах чаще других используют поршневые исполнительные механизмы простого и двойного действия.
Для исправления некоторых основных недостатков особое значение имеет выбор способа и закона торможения и расчет конструктивных параметров тормозных устройств гидроцилиндров, используемых в литейном производстве.
Выбор тех или иных гидроцилиндров и тормозных устройств определяется режимом их работы. При небольших скоростях допустимо применение приводных гидроцилиндров без тормозных устройств с остановкой движущихся частей конструкций или оснастки об упор. При увеличении рабочей скорости до 80 мм/с необходимо применение тормозных устройств.
Пневматические исполнительные механизмы
Пневматические исполнительные механизмы строят по такой же схеме, что и гидравлические. Различия их заключаются в свойствах рабочей среды (газа и жидкости). Сжимаемость газа оказывает отрицательное влияние на быстродействие системы, особенно при значительных нагрузках и ускорениях.
Пневматические исполнительные механизмы делят на поршневые и мембранные. В литейном цехе распространен поршневые пневматические исполнительные механизмы благодаря их простоте и низкой стоимости.
Вместе с тем агрессивные среды в процессах литейного производства вынуждают конструкторов разрабатывать специальные пневмоцилиндры для литейных автоматов. Такие пневмоцилиндры изготовляют в закрытом исполнении, при котором их штоки не соприкасаются с окружающей средой.
В них применяют односторонние цилиндры, соединенные одним штоком- рейкой с зубчатым колесом на выходном валу. Вращение вала преобразуется кривошипом в поступательное движение, и, хотя двойное преобразование ведет к потере мощности, эти механизмы долговечны.
Комбинированные исполнительные механизмы
Новые приводы от Festo позволяют решать задачи с помощью простых движений с электроприводом и интеллектуально обмениваться данными от контроллера к ПЛК через IO-Link. Эта серия электроприводов сочетает в себе простоту пневматики с преимуществами электрической автоматики.
Электроприводы серии Simplified Motion представляют собой решения по перемещению со встроенной моторизацией и управлением для простых задач. Они позволяют работать и вводить в эксплуатацию без программного обеспечения, по принципу: «подключено и работает».
Параметры для скорости подачи и возврата, силы нажатия, задания для конечного положения, демпфирования и ручного управления могут быть установлены непосредственно на приводе с помощью физических кнопок.
При выборе исполнительныж механизмов для систем автоматизации литейного производства учитывают их быстродействие, экономичность, бесшумность в работе. Каждый из этих показателей в той или иной степени может иметь важное значение для решения конкретной задачи автоматизации.
Однако имеется главный критерий, которому необходимо отдавать предпочтение при конструировании или выборе любого исполнительного механизма — это высокая надежность.
В связи с этим целесообразно шире использовать, где возможно, электромагнитные и электромеханические исполнительные механизмы с несложными кинематическими схемами.
В случаях применения гидравлических или пневматических испольнительных механизмов необходимо уделять внимание надежности уплотнительных устройств и понижению массы движущихся деталей.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Электромагнитный исполнительный механизм
Электромагнитные исполнительные механизмы делятся на две основные группы: электрические муфты и магниты, которые широко применяются при автоматизации технологических и производственных процессов. Комбинированное применение этих исполнительных механизмов с общепромышленными позволяет осуществить более полную автоматизацию производственных объектов, обеспечивающую качественное, надежное и экономически целесообразное решение. Виды электромагнитных исполнительных механизмов очень разнообразны как по конструктивному исполнению, так и по принципу действия. Рассмотрим лишь основные из них. [2]
Электромагнитный исполнительный механизм ЭИМ поставляется только по требованию заказчика. [4]
Электродвигательные и электромагнитные исполнительные механизмы изготовляют в нормальном и взрывобезопасном исполнении. Взрывобезопас-ное исполнение значительно увеличивает габаритные размеры и вес электрических исполнительных механизмов. [5]
Недостатками однофазных электромагнитных исполнительных механизмов являются значительное потребление электроэнергии и возможность перегрева обмотки электромагнита при продолжительных включениях. [6]
ЗМС-80 2 с электромагнитным исполнительным механизмом МЭК-10К-120 7 и заслонкой ПРЗ-300 8, а также один кран муфтовый 6 типа Ду-70 на газопроводе и два крана муфтовых 1 на линии продувки. Зажигание газа производится с помощью газовой запальной горелки. [8]
Большое распространение получили клапаны с однофазным электромагнитным исполнительным механизмом переменного тока типов С. ВМ, СВА и СВФ, которые применяют как регулирующие и запорные органы для неагрессивных жидкостей и газов, имеющих давление до 16 кгс / см. и температуру до 35 С. Их выпускают с условным проходом от 6 до 70 мм. Когда электромагнитный привод находится под напряжением, проход клапана открыт. [13]
Электромагнитные исполнительные механизмы.
Принципиально возможно создание многопозиционного (на три положения и более) исполнительного электромагнитного механизма. Однако решение этой задачи сопряжено со значительными трудностями, поэтому широкого распространения многопозиционные приводы не получили.
ЭМИМ по сравнению с электродвигательными ИМ отличаются простотой конструкции и схем управления, меньшими весом и размерами и значительно меньшей стоимостью. Благодаря отсутствию редуктора они более надежны в эксплуатации.
ЭМИМ по принципу действия разделяются на две группы:
— рассчитанные на длительное обтекание катушки соленоида электрическим током; при подаче напряжения питания якорь соленоида втягивается (при этом, например, клапан открывается), а возвращается он в исходное положение при снятии напряжения (клапан закрывается). Основными недостатками при этом являются постоянное потребление электроэнергии и ложные срабатывания при исчезновениях питающего напряжения.
— с кратковременным обтеканием катушек соленоида электрическим током; они состоят из двух электромагнитов – тягового и защелки. Тяговый электромагнит предназначен для втягивания якоря соленоида, напряжение питания на его катушку подается кратковременно. Удерживание якоря в рабочем состоянии после обесточивания тяговой катушки осуществляется механически специальной защелкой. Возврат в исходное состояние осуществляется путем кратковременной подачи напряжения на катушку электромагнита защелки, которая освобождает возвратную пружину и якорь соленоида закрывается.
По назначению ЭМИМ различают на:
— удерживающие, предназначенные для фиксации положения ферромагнитных тел, например электромагниты для подъема предметов из ферромагнитных материалов. Они не совершают работы, от них требуется лишь определенная сила, на которую они рассчитываются.
— приводные, которые служат для перемещения исполнительных устройств, например клапанов, золотников, заслонок. Они используются также в контакторах, электромагнитных муфтах и др. Эти электромагниты совершают определенную работу и поэтому рассчитываются на определенную силу и перемещение.
3. Практическая задача: Рассчитать основные характеристики инерционного дифференцирующего звена, такие как: передаточная функция, комплексная частотная характеристика (КЧХ), амплитудно-частотная характерно гика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ). Привести примеры данного типа элементарного динамического звена.
Инерционное дифференцирующее звено также называют реальное дифференцирующее звено
Передаточная функция:
Это произведение передаточных функций идеального дифференцирующего звена и апериодического звена.
Переходная функция: h(t)= 
Для чего служат исполнительные электромагнитные механизмы
На производстве и в быту активно применяется автоматизация. Для этого используют исполнительные устройства различных типов, гидравлические, пневматические и электрические. Такие устройства включают, отключают, изменяют режим работы механизмов, систем и устройств. В этой статье мы рассмотрим некоторые электромагнитные исполнительные устройства.
Исполнительные устройства
Для приведения в движение различных механизмов используют электродвигательные и электромагнитные исполнительные механизмы. Для примера электродвигатели используют для автоматического или полуавтоматического управления задвижками, т.н. запорной арматурой на трубопроводах, как газовых, пневматических, водоснабжения и прочего.
Принцип действия электромагнитного исполнительного устройства заключается в совершении работы магнитным полем по перемещению сердечника связанного с исполнительными механизмами.
Общее устройство
Если рассмотреть электромагнитные исполнительные устройства в общем виде, то оно состоит из:
2. Магнитного сердечника.
3. Связанных рабочих механизмов и систем.
Под катушкой подразумевается электромагнитное устройство – катушка, намотанная на оправке медным проводом, внутри которой расположен сердечник. Другое название – соленоид. Такое же устройство имеет реле.
Снаружи соленоида может располагаться магнитопровод, т.н. ферромагнитное ярмо, он нужен для усиления и направления магнитных сил.
Когда по катушке протекает электрический ток, появляется магнитное поле, металлические элементы исполнительной части (якорь или сердечник) втягиваются и выполняется определенная работа. Таким образом, электрический ток преобразовывается в поступательное движение, а такие исполнительные устройства можно назвать поступательным электроприводом.
Стоит отметить, что промышленность изготавливает как устройства для работы в цепях постоянного тока, так и переменного. В принципе в цепях переменного тока широко используются электромагнитные исполнительные устройства, которые содержат выпрямители в своей конструкции. Это связано с тем, что у электромагнитов постоянного тока развивают большее тяговое усилие и имеют большую стабильность при тех же размерах, чем электромагнит переменного тока, а также дешевле в изготовлении.
Также стоит отметить, что большинство представителей электромагнитного привода ограничены двумя конечными положениями сердечника, типа «включено»/«выключено».
Давайте рассмотрим, где встречаются такие исполнительнее устройства, начнем с того, что встречается в быту чаще всего, затем рассмотрим промышленные исполнения.
Втягивающее реле стартера ДВС
В автомобилях для запуска двигателя используют стартер – мощных электропривод постоянного тока. При этом есть две задачи, которые нужно решить для его работы:
1. Стартер – это довольно мощный электродвигатель, его мощность, в зависимости от запускаемого ДВС может различаться от 0.5 кВт на скутерах и легких мотоциклах до 10 кВт на спецтехнике с дизельными двигателями. Такая мощность нужна, чтобы создать достаточный момент, чтобы провернуть коленвал двигателя.
Отсюда возникает проблема пропустить ток такой величины, для этого можно использовать реле, но в реальности делается все несколько иначе, позже мы рассмотрим этот вопрос.
2. Стартер приводит в движение ДВС путем вращения маховика, на котором надет венец – зубчатое кольцо. Стартер соединяется с маховиком с помощью бендикса (это обгонная муфта), он нужен для того, чтобы предотвратить передачу вращательного момента от ДВС на вал стартера.
Когда вы включаете цепь питания стартера, бендикс соединяется с зубцами венца маховика и начинает вращать его, когда двигатель завелся и вы отключаете цепь стартера – он возвращается в исходное положение.
Чтобы решить эти две проблемы одним устройством, на стартере устанавливают втягивающее реле. Во-первых, это реле замыкает силовые контакты (1), через которые и протекает пусковой и рабочий токи стартера. Во-вторых, с подвижной частью реле соединена специальная тяга (2), которая выталкивает бендикс (3) и, с помощью пружины (4), возвращает его обратно.
Электромагнитный замок
Электромагнитный замок позволяет реализовать различные системы безопасности, автоматического отпирания дверей при приближении хозяина или при считывании значения RFID метки, NFC или по другим технологиям связи и идентификации.
Для примера рассмотрим характеристика одного из вариантов. Это электромеханическая защелка.
Технические характеристики довольно интересны, она выдерживает усилие до 1000 кг, при потребляемом токе в 0.32А и напряжении в 12В, это чуть больше 4Вт мощности. Подобные замки пригодятся для организации СКУД или проектов умного дома.
Встречаются и другие варианты электромагнитных замков, работающих на том же принципе.
Они применяются в совокупности с домофонами на входных дверях подъездов.
Электромагнитный клапан
В трубопроводах устанавливаются клапана для контроля прохождения рабочей среды (газа или жидкости). Они бывают нормально-открытыми (пропускают жидкость/газ, когда напряжение не подано) и нормально-закрытыми (пропускают только когда напряжение подано).
При этом нормально-закрытые клапана зачастую конструктивно выполнены с упругой фиксацией, что позволяет избежать повреждения трубопровода при резком изменении давления, т.е. он слегка пропускает рабочую среду, для компенсации резкой смены давления.
При этом в трубопроводах большого давления электромагнитный клапан управляет открытием не основного трубопровода, а пневмо- или гидросистемы, которая отпирает основную силовую часть запорной арматуры.
Таким образом, можно организовать регулировку степени открытия задвижки или крана. Реализация достаточно проста – попеременное открытие подачи в камеру прямого или обратного хода управляющего вещества (пневматики или гидравлики).
По принципу действия их различают:
— прямого действия, срабатывают по нулевом перепаде давления;
— пилотные (непрямого действия), которые срабатывают при минимальном перепаде давления.
— запорные (2/2 ходовые);
— распределяющие трехходовые (3/2 ходовые);
— переключающие клапаны (2/3 ходовые).
Пилотный электромагнитный клапан
Ниже изображена схема нормально-закрытого клапана.
Когда питание катушки не подаётся, клапан остаётся в закрытом положении. Поршень или мембрана под давлением пружины плотно прижаты к своему седлу.
Когда подключают питание к катушке, то возникающие силы противодействуют пружине и клапан открывается. Учтите, что в описании опущен ряд подробностей, которые не касаются электричества.
Ниже изображен нормально-открытый клапан.
Когда напряжение на катушку не подано – он открыт, а когда вы подаете напряжение, он закрывается, этот, как и предыдущий клапан чтобы поддерживать в рабочем состоянии нуждается в удержании питающего напряжения на катушке.
Кроме питания, нужно еще и помнить, о том, что они срабатывают только при перепаде давлений. Может использоваться в отоплении, водоснабжении, пневматических системах.
Электромагнитный клапан прямого действия
Главным отличием является то, что для его открытия/закрытия не нужен перепад давления до и после клапана. Это значит, что могут использоваться как в трубопроводах с давлением и без давления – слив жидкости с емкостей, ресиверов. В них обычно давление слишком маленькое, либо отсутствует.
Бистабильный клапан
Другое название бистабильного клапана – импульсный. Для удержания в открытом/закрытом состояния не требуется удержание управляющего напряжения. Для переключения состояний подают импульс напряжения определенной полярности. Работают в цепях постоянного тока.
Для работы таких клапанов требуется перепад давлений.
Электромагнитный или соленоидный клапан является надежной трубопроводной арматурой с большим ресурсом работы (порядка миллиона переключений).
К тому же отличаются высоким быстродействием (30-500 мс, в зависимости от диаметра), чего не могут обеспечить задвижки, приводящиеся в движение от электродвигателя. Кроме того не требует такого обслуживания и регулярной наладки, установки концевых выключателей как те же задвижки.
Электромагнит
Электромагниты широко используются в металлургии, на производстве и свалках. Это отличный вариант для подъема и переноса металлолома и металлических изделий.
Различают такие виды электромагнитов:
— нейтральные электромагниты – работают от постоянного тока;
— поляризованные электромагниты, работают при наличии двух независимых магнитных потоков – рабочего и поляризирующего;
— электромагнит переменного тока – характерен пульсирующий магнитный поток от нуля до максимума, вибрации якоря.
Как и некоторые типа электродвигателей отличаются включение обмоток:
— последовательным, когда обмотки выполняются толстым проводом с малым количеством витков;
— параллельным, когда обмотки выполняются тонким проводом и большим количеством витков.
Так и по режиму работы:
Заключение
Электромагнитный привод – быстродействующий и дешевый вариант исполнительных механизмов. Также в большинстве своем обладает большей долговечностью, чем электродвигательный привод, по причине отсутствия вращающихся рабочих частей, редукторов.
Ранее ЭлектроВести писали, что к оманда инженеров, представляющих Массачусетский технологический институт представили гибкое приспособление, способное улавливать сигналы Wi-Fi и другие электромагнитные волны, а затем превращать их в переменный ток. По мнению специалистов, устройству с таким источником энергии могут не требоваться более традиционные батареи.