Elektromagnetni aktuator: tip, funkcija, funkcija

Praktično vsa področja človekovega delovanja, od težke industrije do prometa in gospodinjskih aparatov, se danes zanimajo za kompaktne, učinkovite in funkcionalne pogonske rešitve. Zato se konvencionalni koncepti pogonskih sklopov nenehno izboljšujejo, ne da bi se pri tem spremenila osnovna zasnova. Najbolj priljubljeni osnovni sistemi te vrste so elektromagnetni aktuatorji, katerih delovni mehanizem se uporablja tako v opremi velikega formata kot v majhnih tehničnih napravah.

Namen aktuatorja

V skoraj vseh namenskih aplikacijah mehanizem deluje kot aktuator v sistemu. Narava funkcije, ki jo je treba opraviti, in stopnja odgovornosti v celotnem delovnem procesu se lahko razlikujeta. Pri zapornih ventilih je na primer pogon odgovoren za trenutni položaj ventila. Normalno zaprti ali odprti položaj se doseže zlasti s potiskom. Takšne naprave se uporabljajo v različnih komunikacijskih sistemih, kar določa načelo delovanja in zaščitno zmogljivost naprave. Zlasti pogoni za odvod dima in toplote so del infrastrukture požarne varnosti, saj so konstrukcijsko povezani s prezračevalnimi kanali. Ohišje pogona in njegovi kritični delovni deli morajo biti odporni na visoke temperature in škodljiv stik s toplotno nevarnimi plini. Kar zadeva ukaz za izvedbo, se avtomatizacija običajno sproži, ko so zaznani znaki dima. Pogon je v tem primeru tehnično sredstvo za uravnavanje tokov dima in hlapov.

Večpotni ventili imajo bolj zapleteno konfiguracijo uporabe elektromagnetnega pogona. To je neke vrste razdelilni ali distribucijski sistem, katerega kompleksnost nadzora je v hkratnem nadzoru celotne skupine funkcionalnih enot. V teh sistemih se uporablja elektromagnetni pogon ventila s funkcijo vtičnice. Vzrok za zaprtje ali odprtje kanala so lahko določene vrednosti procesnega medija (tlak, temperatura), pretok, nastavitve časovnega programa itd.д.

Zasnova in sestavni deli

Osrednji element pogona je elektromagnetni sklop, ki ga sestavljata votla tuljava in magnetno jedro. Elektromagnetno komunikacijo te komponente z drugimi deli zagotavlja majhen notranji ventil s krmilnimi impulznimi ventili. V normalnem položaju je jedro podprto z vzmetjo s steblom, ki se opira na sedež. Poleg tega tipična konstrukcija elektromagnetnega aktuatorja predvideva tako imenovano ročno razveljavitev upravljalnega dela, ki prevzame delovanje mehanizma v trenutkih nenadnega nihanja napetosti ali popolnega pomanjkanja energije. V poštev pridejo tudi dodatne funkcije, kot so signalizacijske naprave, pomožni zaklepni elementi in zapahi za pozicioniranje jedra. Ker pa je ena od prednosti te vrste aktuatorja njegova majhnost, so se oblikovalci izogibali preveliki zasičenosti s pomožnimi enotami, da bi optimizirali zasnovo.

Načelo delovanja mehanizma

V magnetnih in elektromagnetnih energetskih napravah magnetni tok deluje kot aktivni medij. Nastane z uporabo trajnega magneta, ali podobno naprava z možnostjo povezave med točkama ali prekinitve delovanja s spremembo električnega signala. Aktuator začne delovati takoj, ko se priključi napetost, ko v tokokrogih elektromagnetnega polja začne teči tok. Ko se aktivnost magnetnega polja poveča, se jedro začne premikati glede na votlino tuljave induktorja. Dejanski, načelo delovanja Magnetni aktuatorji temeljijo na pretvorbi električne energije v mehansko s pomočjo magnetnega polja. Ko se napetost zmanjša, vzmetna sila vrne jedro v prvotni položaj in armature aktuatorja se vrnejo v normalen položaj. Pri kompleksnih večstopenjskih pogonih je mogoče vgraditi tudi pnevmatske ali hidravlične aktuatorje za krmiljenje posameznih stopenj prenosa sile. Zlasti omogočajo primarno proizvodnjo električne energije iz alternativnih virov energije (voda, veter, sonce), kar zmanjšuje obratovalne stroške strojev.

Pogonsko delovanje elektromagnetnega pogona

Vzorec gibanja pogonskega jedra in njegova sposobnost delovanja kot izhodna sila določata značilnosti mehanizma. Na začetku je treba opozoriti, da gre v večini primerov za naprave z enim samim elementarnim gibom izvršilne mehanike, ki so redko dopolnjene s pomožnimi tehničnimi funkcijami. Elektromagnetni pogon se glede na to značilnost deli na naslednje vrste:

• Rotacijski pogon. Element sile se aktivira med postopkom dovajanja toka in izvaja vrtenje. Takšni mehanizmi se uporabljajo v krogličnih in čepnih ventilih ter v sistemih diskovnih zapornic.
• Obojestranski. Poleg svoje osnovne funkcije lahko spreminja tudi smer delovanja elementa sile. Pogosteje pri smernih regulacijskih ventilih.
• Potiskanje. Ta elektromagnetni aktuator deluje potisno, kar se uporablja tudi pri preusmeritvenih in zapornih ventilih.

V smislu zasnove sta lahko element sile in jedro različna dela, kar povečuje zanesljivost in trajnost naprave. Po drugi strani pa načelo optimizacije zahteva združevanje več nalog v okviru funkcije enega tehničnega elementa, da bi prihranili prostor in energijo.

Elektromagnetni ventil

Aktuatorji lahko delujejo v različnih konfiguracijah in izvajajo dejanja, ki so potrebna za delovanje določene delovne infrastrukture. V vsakem primeru pa sama funkcija jedra ali elementa moči ne bo zadostovala za zadosten učinek na končno nalogo, z nekaj izjemami. V številnih primerih je potreben tudi prenosni element, nekakšen prenosnik ustvarjene mehanske energije iz mehanike neposrednega pogona na ciljno napravo. Pri sistemih s pogonom na vsa kolesa, na primer, elektromagnetna sklopka ni le prenosnik sile, temveč motor, ki togo povezuje oba dela gredi. Asinhronski stroji imajo lastno poljsko tuljavo z različnimi poli. Pogonski del takšnih sklopk temelji na načelih navitja rotorja elektromotorja, zaradi česar ta element deluje kot pretvornik in oddajnik sile.

V preprostih sistemih z neposrednim delovanjem prenašajo silo standardizirani kroglični ležaji, kroglični drsni ležaji in stikalni sklopi. Posebna zasnova in konfiguracija delovanja ter povezava s pogonskim sistemom se izvajata na različne načine. Neredko je treba razviti posamezne sheme za medsebojno povezovanje komponent. Elektromagnetna pogonska sklopka je celotna infrastruktura z lastno kovinsko gredjo, drsniki, zbiralniki in bakrenimi palicami. Če ne upoštevamo vzporedne razporeditve elektromagnetnih kanalov s priključki polov in vodniki magnetnega polja.

Delovni parametri aktuatorja

Za isto zasnovo s tipično shemo delovanja so lahko potrebni različni napajalni priključki. Poleg tega se vrste pogonov razlikujejo glede tokovne obremenitve, vrste toka, napetosti itd.д. Najpreprostejši elektromagnetni pogon ventila deluje na 220 V omrežje, vendar lahko obstajajo tudi modeli podobne zasnove, ki pa zahtevajo priključitev na trifazni industrijski vod 380 V. Zahteve glede napajanja so odvisne od dimenzij naprave in značilnosti način delovanja jeder. Hitrost motorja na primer neposredno določa porabo energije in s tem lastnosti izolacije, navitja in parametrov upornosti. V posebnem primeru industrijske elektrotehnične infrastrukture je treba v projektu integracije pogona izračunati potisne sile, značilnosti ozemljitvenega tokokroga, izvedbo zaščite tokokroga itd.д.

Modularni pogonski sistemi

Najpogostejša oblika konstrukcije pogonskih sistemov, ki temeljijo na elektromagnetnem principu delovanja, je sistem blokov (ali agregatni sistem). To je samostojna in delno zaprta naprava, ki je nameščena na ohišje ciljnega mehanizma ali neodvisnega aktuatorja. Bistvena razlika med takšnimi sistemi je, da se njihove površine nikakor ne dotikajo votlin prehodnih energetskih povezav, kaj šele delovnih elementov pogonov ciljne opreme. Vsaj zaradi takšnih stikov ni treba izvajati zaščitnih ukrepov za obe strukturi. Modularni tip aktuatorja se uporablja, kadar je treba funkcionalne enote ločiti od pred negativnimi vplivi delovnega okolja - npr. pred nevarnostjo korozije ali toplotni vplivi. Isti izolirani organ, podoben steblu ventila, se uporablja za mehansko spenjanje.

Značilnosti integriranega aktuatorja

Vrsta elektromagnetnega pogona, ki je sestavni del delovnega sistema, s katerim si deli skupno komunikacijsko infrastrukturo. Te enote so običajno kompaktne in lahke, zato jih je mogoče vgraditi v vse vrste Mehanski priključki so običajno kompaktni in lahki, zato jih je mogoče vgraditi v tehnične zgradbe brez bistvenega vpliva na njihovo delovanje in ergonomsko zasnovo. Po drugi strani pa optimizacija v smislu velikosti in potreba po večjih možnostih pripenjanja (neposredna povezava z opremo) omejujeta ustvarjalce, da bi zagotovili visoko stopnjo varnosti takšnih mehanizmov. Zato standardne proračunske izolacijske rešitve, kot so ločilne ognjevarne cevi, pomagajo zaščititi občutljive dele pred agresivnimi učinki procesnega medija. Izjema so vakuumski ventili z elektromagnetnim pogonom v kovinskem ohišju, na katerega so priključeni sklopi ventilov iz visoko trdne plastike. Vendar so to specializirani, večji modeli, ki zagotavljajo celovito zaščito pred strupenimi, toplotnimi in mehanskimi vplivi.

Področja uporabe

S to vrsto aktuatorja je mogoče doseči različne ravni mehanske moči. Brezzračni ventili se uporabljajo v najzahtevnejših in najkompleksnejših sistemih za krmiljenje solenoidov, kar povečuje zanesljivost in zmogljivost opreme. V tej kombinaciji se stroji uporabljajo v transportnem in komunikacijskem cevovodnem omrežju, v skladiščih bencina, v kemični industriji, predelovalnih obratih in mlinih v različnih panogah. Pri enostavnih strojih je elektromagnetni pogon ventilatorja za dovodne ali odvodne sisteme najpogostejši v domači uporabi. Majhni stroji se uporabljajo tudi pri sanitarnih armaturah, črpalkah, kompresorjih itd.д.

Zaključek

Če je pogonska struktura dobro zasnovana, lahko elektromagnetni element predstavlja razmeroma cenovno ugoden vir mehanske moči. Najboljše modele odlikujejo dolga življenjska doba, stabilno delovanje, nizka poraba energije in prilagodljivost pri povezovanju z različnimi pogoni. Kar zadeva značilne slabosti, se kažejo v nizki odpornosti na motnje, ki je še posebej izrazita pri delovanju elektromagnetnega stikalnega pogona na visokonapetostnih daljnovodih z napetostmi 10 kV in več. Takšni sistemi po definiciji potrebujejo posebno zaščito pred elektromagnetnimi motnjami. Zaradi tehnične in konstrukcijske zapletenosti, ki je posledica uporabe vrtljivega vzvodnega mehanizma s potisnim mehanizmom in zadrževalnim zapahom v stikalu, je potrebna tudi dodatna priključitev zaščitnih električnih naprav za odpravo nevarnosti kratkega stika v tokokrogih.