6.2. Электромагнитные исполнительные элементы
Электромагнитные исполнительные элементы в системах автоматики применяются в качестве приводов РО (клапанов, заслонок и т.п.), гидрораспределителей, подвижных элементов объектов – тормозов, стрелок и др., а также в качестве управляемых муфт.
Электромагнитные приводы (электромагниты) могут быть переменного (одно- и трехфазные) и постоянного тока.
Основные характеристики электромагнитов (ЭМ):
Ход якоря (рабочего органа);
Тяговая характеристика – зависимость усилия тяги от перемещения якоря (сердечника);
Время срабатывания.
В зависимости от хода якоря различают короткоходовые и длинноходовые электромагниты (рис. 6.3).
Рабочий ход короткоходовых ЭМ составляет 1–3 мм, а длинноходовых (соленоидов) – 100–200 мм. Тяговое усилие FT короткоходового ЭМ с ростом зазора δ между якорем и сердечником (см. рис. 6.3, б) уменьшается, а с ростом тока управления Iу в обмотке возрастает.
В длинноходовых ЭМ магнитопровод имеет цилиндрическую форму, подвижным элементом магнитной системы является сердечник.
Выбираемая конструкция ЭМ и его характеристики должны соответствовать требуемым значениям тягового усилия и хода рабочего органа.
Электромагнитные муфты (ЭММ) применяются в системах электропривода и автоматики для соединения и разъединения валов ведущего и ведомого без остановки ведущего вала. Управление муфтой осуществляется по команде «включить/выключить» управляющего устройства системы. Таким образом реализуется управляемая механическая связь между приводом и рабочим механизмом. Муфта должна обеспечивать передачу требуемой мощности, обладать перегрузочной способностью и определенным быстродействием.
ЭММ по принципу действия разделяются на муфты трения и муфты скольжения. В свою очередь по конструктивному исполнению муфты трения разделяются на муфты сухого и вязкого трения (рис. 6.4).
В
ЭММ сухого трения при подаче тока
управления Iу
в обмотку возбуждения возникает магнитное
поле, под действием которого якорь
притягивается к индуктору, и через диск
трения происходит передача мощности
от привода к нагрузке. При постоянной
скорости привода
cкорость
вращения ведомого вала (нагрузки) ωB
принимает следующие значения:
Рис. 6.3. Электромагниты короткоходовые (а), длинноходовые (в) и тяговые характеристики (б)
(6.6)
В
ЭММ вязкого трения (ферромагнитной
муфте) появление сигнала управления
вызывает намагничивание ферромагнитного
порошка, образуя тем самым сцепляющий
слой ведущего (индуктора с порошковой
камерой) и ведомого (металлический диск
на ведомом валу) элементов муфты. Принцип
управления ферромагнитной муфтой
определяется выражением (6.6).
В ЭММ трения величина передаваемого крутящего момента возрастает с ростом магнитного потока (тока Iу).
Электромагнитная муфта скольжения (ЭМС) состоит из ведущей части – индуктора и ведомой части – короткозамкнутого ротора (рис. 6.5).
При подаче тока Iу в обмотку индуктора возникает вращающееся магнитное поле, под действием которого на валу ротора появляется крутящий момент. Уравнение механической характеристики ЭМС имеет вид:
В = П – К(Iу)М2,
где К(Iу) – коэффициент, являющийся, некоторой функцией тока управления; М – крутящий момент на валу ротора.
Рис. 6.4. Электромагнитные муфты сухого (а) и вязкого (б) трения: 1 – контактные кольца; 2 – щетки токоподводящие; 3 – диск, покрытый материалом с высоким коэффициентом трения; 4 – пружина; 5 – шпонка
Для рабочих механизмов малой мощности ЭМС могут также использоваться для плавного регулирования частоты вращения в диапазоне 1:8 при нагрузке 2-20 Нм.
Рис. 6.5. Конструктивная схема (а) и механические характеристики (б) ЭМС