Elektromagnetický pohon: typy, účel, princíp činnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

O aplikáciu kompaktných, produktívnych a funkčných pohonných mechanizmov sa dnes zaujímajú takmer všetky oblasti ľudskej činnosti od ťažkého priemyslu až po dopravu a domácnosti. Aj to je dôvod neustáleho zdokonaľovania tradičných koncepcií pohonných jednotiek, ktoré sa síce zlepšujú, no zásadné zariadenie nemenia. Medzi najobľúbenejšie základné systémy tohto typu patrí elektromagnetický pohon, ktorého pracovný mechanizmus sa používa ako vo veľkoformátových zariadeniach, tak aj v malých technických zariadeniach.

Priradenie pohonu

V takmer všetkých cieľových aplikáciách tento mechanizmus funguje ako výkonný orgán systému. Iná vec je, že sa môže meniť charakter vykonávanej funkcie a miera jej zodpovednosti v rámci celkového pracovného procesu. Napríklad,v uzatváracích ventiloch je tento pohon zodpovedný za aktuálnu polohu ventilu. Najmä vďaka svojej námahe prekrytie zaujme polohu normálne zatvoreného alebo otvoreného stavu. Takéto zariadenia sa používajú v rôznych komunikačných systémoch, čo určuje princíp činnosti aj ochranné vlastnosti zariadenia. Predovšetkým elektromagnetický pohon odvodu dymu je súčasťou infraštruktúry požiarneho bezpečnostného systému, ktorý je konštrukčne spojený s vetracími kanálmi. Kryt pohonu a jeho kritické pracovné časti musia byť odolné voči vysokým teplotám a škodlivým kontaktom s tepelne nebezpečnými plynmi. Pokiaľ ide o príkaz na vykonanie, automatizácia zvyčajne funguje, keď sa zistia známky dymu. Pohon je v tomto prípade technickým prostriedkom na reguláciu prúdenia dymu a horenia.

Zložitejšia konfigurácia pre použitie elektromagnetických pohonov prebieha vo viaccestných ventiloch. Ide o akési kolektorové alebo distribučné systémy, ktorých komplexnosť spočíva v súčasnom riadení celých skupín funkčných celkov. V takýchto systémoch sa používa elektromagnetický ovládač ventilu s funkciou prepínania prietokov cez dýzy. Dôvodom zatvorenia alebo otvorenia kanála môžu byť určité hodnoty pracovného média (tlak, teplota), intenzita prietoku, nastavenie programu pre čas atď.

Dizajn a komponenty

Ústredným pracovným prvkom pohonu je solenoidový blok, ktorý je tvorený dutou cievkou amagnetické jadro. Komunikačné elektromagnetické spojenia tohto komponentu s ostatnými časťami zabezpečujú malé vnútorné armatúry s ovládacími impulznými ventilmi. V normálnom stave je jadro podopreté pružinou s driekom, ktorý sa opiera o sedlo. Okrem toho typické elektromagnetické pohonné zariadenie zabezpečuje prítomnosť takzvaného ručného podštudovania pracovnej časti, ktorá preberá funkcie mechanizmu v momentoch náhlych zmien alebo úplnej absencie napätia. Dodatočné funkcie môžu byť poskytnuté prostredníctvom signalizácie, pomocných uzamykacích prvkov a fixátorov polohy jadra. Ale keďže jednou z výhod tohto typu jednotiek je ich malá veľkosť, vývojári sa v záujme optimalizácie snažia vyhnúť prílišnej saturácii dizajnu sekundárnymi zariadeniami.

Princíp fungovania mechanizmu

V magnetických aj elektromagnetických energetických zariadeniach zohráva úlohu aktívneho média magnetický tok. Na jeho vznik sa používa buď permanentný magnet alebo podobné zariadenie s možnosťou bodového spojenia alebo odpojenia jeho činnosti zmenou elektrického signálu. Výkonný orgán začína pracovať od okamihu priloženia napätia, keď prúd začne prechádzať obvodmi solenoidu. Na druhej strane, keď sa aktivita magnetického poľa zvyšuje, jadro sa začne pohybovať vzhľadom na dutinu induktora. V skutočnosti princíp činnosti elektromagnetického pohonu spočíva len v premene elektrickej energie namechanické pomocou magnetického poľa. A akonáhle napätie klesne, do hry vstúpia sily pružnej pružiny, ktorá vráti jadro na svoje miesto a kotva pohonu zaujme svoju pôvodnú normálnu polohu. Taktiež na reguláciu jednotlivých stupňov prenosu sily pri zložitých viacstupňových pohonoch je možné dodatočne zapnúť pneumatické alebo hydraulické pohony. Umožňujú najmä primárnu výrobu elektriny z alternatívnych zdrojov energie (voda, vietor, slnko), čo znižuje náklady na pracovný postup zariadenia.

Akcia elektromagnetického ovládača

Vzor pohybu jadra pohonu a jeho schopnosť pracovať ako výstupná jednotka určujú vlastnosti činností, ktoré môže mechanizmus vykonávať. Hneď je potrebné poznamenať, že vo väčšine prípadov ide o zariadenia s rovnakým typom elementárnych pohybov výkonnej mechaniky, ktoré sú len zriedka doplnené o pomocné technické funkcie. Na tomto základe je elektromagnetický pohon rozdelený do nasledujúcich typov:

• Rotačné. V procese privádzania prúdu sa aktivuje výkonový prvok, ktorý sa otáča. Takéto mechanizmy sa používajú v guľových a kužeľových ventiloch, ako aj v systémoch škrtiacich ventilov.
• Reverzibilné. Okrem hlavnej akcie je schopný poskytnúť zmenu smeru silového prvku. Častejšie v regulačných ventiloch.
• Tlačenie. Tento elektromagnetický pohon vykonáva tlačnú činnosť, ktorá sa používa aj v rozvodoch aspätné ventily.

Z hľadiska konštrukčného riešenia môžu byť výkonový prvok a jadro celkom odlišné časti, čo zvyšuje spoľahlivosť a životnosť zariadenia. Ďalšou vecou je, že princíp optimalizácie vyžaduje kombináciu viacerých úloh v rámci funkčnosti jedného technického komponentu, aby sa ušetril priestor a zdroje energie.

Elektromagnetické príslušenstvo

Výkonné orgány pohonu môžu pracovať v rôznych konfiguráciách a vykonávať určité činnosti potrebné na prevádzku konkrétnej pracovnej infraštruktúry. Ale každopádne samotná funkcia jadra alebo pevnostného prvku nebude až na ojedinelé výnimky stačiť na dostatočný efekt z hľadiska splnenia finálnej úlohy. Vo väčšine prípadov je potrebný aj prechodový článok - akýsi prekladač generovanej mechanickej energie z priamo poháňanej mechaniky do cieľového zariadenia. Napríklad v systéme pohonu všetkých kolies pôsobí elektromagnetická spojka nielen ako vysielač sily, ale aj ako motor, ktorý pevne spája dve časti hriadeľa. Asynchrónne mechanizmy majú dokonca vlastnú budiacu cievku s výraznými pólmi. Nábežná časť takýchto spojok je vyrobená podľa princípov vinutia rotora elektromotora, čo dáva tomuto prvku funkcie meniča a prekladača sily.

V jednoduchších systémoch s priamym pôsobením vykonávajú úlohu prenosu sily štandardné guľôčkové ložiskové zariadenia, otočné a rozdeľovacie jednotky. Špecifickévykonávanie a konfigurácia akcie, ako aj prepojenie s pohonným systémom sa realizuje rôznymi spôsobmi. Často sa vyvíjajú jednotlivé schémy na vzájomné prepojenie komponentov. V tej istej elektromagnetickej spojke pohonu je organizovaná celá infraštruktúra s vlastným kovovým hriadeľom, zbernými krúžkami, kolektormi a medenými tyčami. A to nepočítam paralelné usporiadanie elektromagnetických kanálov s pólovými nástavcami a obrysy smeru siločiar magnetického poľa.

Prevádzkové parametre pohonu

Rovnaký dizajn s typickou prevádzkovou schémou môže vyžadovať pripojenie rôznych kapacít. Taktiež typické modely pohonných systémov sa líšia výkonovou záťažou, typom prúdu, napätím atď. Najjednoduchší pohon solenoidového ventilu pracuje na 220 V, ale môžu existovať aj modely s podobnou konštrukciou, ale vyžadujúce pripojenie k trojfázovým priemyselným sieťam na 380 V. Požiadavky na napájanie sú určené veľkosťou zariadenia a charakteristikami jadro. Počet otáčok motora napríklad priamo určuje množstvo spotrebovaného výkonu a tým aj izolačné vlastnosti, vinutia a parametre odporu. Ak konkrétne hovoríme o priemyselnej elektrickej infraštruktúre, projekt integrácie vysokovýkonných pohonov by mal zvážiť trakčnú silu, charakteristiky uzemňovacej slučky, schému implementácie zariadenia na ochranu obvodu atď.

Modulárne systémy pohonu

Najčastejšiekonštrukčným tvarovým faktorom na výrobu pohonných mechanizmov na elektromagnetickom princípe činnosti je blok (alebo agregát). Ide o samostatné a trochu izolované zariadenie, ktoré je namontované na telese terčového mechanizmu alebo tiež samostatnej akčnej jednotky. Zásadný rozdiel medzi takýmito systémami spočíva v tom, že ich povrchy neprichádzajú do styku s dutinami prechodových energetických článkov a navyše s pracovnými prvkami výkonných orgánov cieľového zariadenia. Prinajmenšom takéto kontakty nevyžadujú prijatie žiadnych opatrení na ochranu oboch štruktúr. Blokový typ elektromagnetického pohonu sa používa v prípadoch, keď je potrebné izolovať funkčné celky od negatívnych vplyvov pracovného prostredia - napríklad od rizík korózneho poškodenia alebo vystavenia teplotám. Na zabezpečenie mechanického spojenia sa používa rovnaká izolovaná kotva ako vreteno.

Integrované funkcie disku

Druh elektromagnetických pohonov, ktoré fungujú ako integrálna súčasť pracovného systému a tvoria s ním jedinú komunikačnú infraštruktúru. Takéto zariadenia majú spravidla kompaktné rozmery a nízku hmotnosť, čo umožňuje ich integráciu do rôznych inžinierskych štruktúr bez významného vplyvu na ich funkčné a ergonomické vlastnosti. Na druhej strane optimalizácia dimenzovania a potreba rozšírenia možností viazania (priame napojenie na výstroj) obmedzuje tvorcov v poskytovanívysoký stupeň ochrany takýchto mechanizmov. Preto sa vymýšľajú typické cenovo výhodné izolačné riešenia, ako sú oddeľovacie hermetické trubice, ktoré pomáhajú chrániť citlivé prvky pred agresívnymi vplyvmi pracovného prostredia. Výnimkou sú vákuové ventily s elektromagnetickým pohonom v kovovom puzdre, na ktoré sa pripájajú armatúry z vysokopevnostného plastu. Ale toto sú už špecializované zväčšené modely, ktoré majú komplexnú ochranu proti toxickým, tepelným a mechanickým faktorom.

Aplikačné oblasti zariadenia

Pomocou tohto pohonu sa riešia úlohy silovo-mechanickej podpory rôznych úrovní. V najkritickejších a komplexných systémoch sa na ovládanie elektromagnetických zariadení používajú bezupchávkové armatúry, čo zvyšuje stupeň spoľahlivosti a výkonu zariadení. V tejto kombinácii sa jednotky používajú v dopravných a komunikačných potrubných sieťach, pri údržbe skladov s ropnými produktmi, v chemickom priemysle, na spracovateľských staniciach a závodoch v rôznych priemyselných odvetviach. Ak hovoríme o jednoduchých zariadeniach, potom v domácej sfére je bežný elektromagnetický pohon ventilátora pre napájacie a výfukové systémy. Mechanizmy malého formátu nachádzajú svoje miesto aj vo vodovodných armatúrach, čerpadlách, kompresoroch atď.

Záver

Za predpokladu, že štruktúra hnacieho mechanizmu je správne navrhnutá, na základe elektromagnetických prvkov môžete získať pomerne ziskovézdroj mechanickej sily. V najlepších verziách sa takéto zariadenia vyznačujú vysokým technickým zdrojom, stabilnou prevádzkou, minimálnou spotrebou energie a flexibilitou z hľadiska kombinácie s rôznymi pohonmi. Čo sa týka charakteristických slabín, prejavujú sa nízkou odolnosťou voči šumu, ktorá sa prejavuje najmä pri prevádzke elektromagnetického pohonu ističa na vysokonapäťových vedeniach s napätím 10 kV. Takéto systémy podľa definície potrebujú špeciálnu ochranu proti elektromagnetickému rušeniu. Taktiež kvôli technickej a konštrukčnej zložitosti v dôsledku použitia sklopného pákového mechanizmu s posúvačom a prídržnou západkou v spínači je potrebné dodatočné pripojenie ochranných elektrických zariadení, aby sa eliminovali riziká skratov v obvodoch.