Elektromagnetický pohon: typy, účel, princip činnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

O aplikaci kompaktních, produktivních a funkčních hnacích mechanismů se dnes zajímají téměř všechny oblasti lidské činnosti od těžkého průmyslu po dopravu a domácnosti. I to je důvodem neustálého zdokonalování tradičních koncepcí pohonných jednotek, které se sice zlepšují, ale nemění zásadní zařízení. Mezi nejoblíbenější základní systémy tohoto typu patří elektromagnetický pohon, jehož pracovní mechanismus se používá jak ve velkoformátových zařízeních, tak v malých technických zařízeních.

Přiřazení jednotky

V téměř všech cílových aplikacích působí tento mechanismus jako výkonný orgán systému. Jiná věc je, že se může měnit charakter vykonávané funkce a míra její odpovědnosti v rámci celkového pracovního procesu. Například,u uzavíracích ventilů je tento pohon zodpovědný za aktuální polohu ventilu. Zejména díky své námaze přesah zaujímá polohu normálně uzavřeného nebo otevřeného stavu. Taková zařízení se používají v různých komunikačních systémech, což určuje jak princip činnosti, tak ochranné vlastnosti zařízení. Do infrastruktury požárně bezpečnostního systému je zahrnut zejména elektromagnetický pohon odvodu kouře, který je konstrukčně spojen s ventilačními kanály. Skříň měniče a její kritické pracovní části musí být odolné vůči vysokým teplotám a škodlivému kontaktu s tepelně nebezpečnými plyny. Pokud jde o příkaz k provedení, automatizace obvykle funguje, když jsou detekovány známky kouře. Pohon je v tomto případě technický prostředek pro regulaci toku kouře a hoření.

Složitější konfigurace pro použití elektromagnetických pohonů probíhá u vícecestných ventilů. Jedná se o jakési kolektorové nebo distribuční systémy, jejichž komplexnost spočívá v současném řízení celých skupin funkčních celků. V takových systémech se používá elektromagnetický pohon ventilů s funkcí přepínání průtoků tryskami. Důvodem uzavření nebo otevření kanálu mohou být určité hodnoty pracovního média (tlak, teplota), intenzita průtoku, nastavení programu pro čas atd.

Design a komponenty

Ústředním pracovním prvkem pohonu je solenoidový blok, který je tvořen dutou cívkou amagnetické jádro. Komunikační elektromagnetické propojení této komponenty s ostatními částmi zajišťují malé vnitřní armatury s regulačními impulsními ventily. V normálním stavu je jádro podepřeno pružinou s představcem, který se opírá o sedlo. Kromě toho typické elektromagnetické hnací zařízení zajišťuje přítomnost takzvaného ručního podstudování pracovní části, která přebírá funkce mechanismu v okamžicích náhlých změn nebo úplné absence napětí. Mohou být poskytovány další funkce, poskytované pomocí signalizace, pomocných uzamykacích prvků a fixátorů polohy jádra. Ale protože jednou z výhod tohoto typu disků je jejich malá velikost, vývojáři se za účelem optimalizace snaží vyhnout nadměrnému nasycení designu sekundárními zařízeními.

Princip fungování mechanismu

V magnetických i elektromagnetických silových zařízeních plní roli aktivního média magnetický tok. K jeho vzniku se používá buď permanentní magnet nebo obdobné zařízení s možností bodového spojení nebo odpojení jeho činnosti změnou elektrického signálu. Výkonný orgán začíná pracovat od okamžiku přiložení napětí, kdy proud začíná protékat obvody solenoidu. Na druhé straně jádro, jak se zvyšuje aktivita magnetického pole, začíná svůj pohyb vzhledem k dutině induktoru. Princip fungování elektromagnetického pohonu spočívá ve skutečnosti pouze v přeměně elektrické energie namechanicky pomocí magnetického pole. A jakmile napětí klesne, do hry vstoupí síly pružné pružiny, která vrátí jádro na své místo a kotva pohonu zaujme původní normální polohu. Také pro regulaci jednotlivých stupňů přenosu síly u složitých vícestupňových pohonů lze dodatečně zapnout pneumatické nebo hydraulické pohony. Zejména umožňují primární výrobu elektřiny z alternativních zdrojů energie (voda, vítr, slunce), což snižuje náklady na pracovní postup zařízení.

Elektromagnetický aktuátor

Vzor pohybu jádra pohonu a jeho schopnost pracovat jako výstupní napájecí jednotka určují vlastnosti akcí, které může mechanismus provádět. Hned je třeba poznamenat, že se ve většině případů jedná o zařízení se stejným typem elementárních pohybů výkonné mechaniky, která jsou jen zřídka doplněna o pomocné technické funkce. Na tomto základě je elektromagnetický pohon rozdělen do následujících typů:

• Rotační. V procesu přivádění proudu se aktivuje výkonový prvek, který se otočí. Takové mechanismy se používají v kulových a kuželkových ventilech a také v systémech klapkových ventilů.
• Reverzibilní. Kromě hlavního působení je schopen zajistit změnu směru silového prvku. Běžnější u regulačních ventilů.
• Tlačení. Tento elektromagnetický aktuátor vykonává tlačnou činnost, která se také používá v rozvodech azpětné ventily.

Z hlediska konstrukčního řešení mohou být silový prvek a jádro odlišné části, což zvyšuje spolehlivost a životnost zařízení. Další věcí je, že princip optimalizace vyžaduje kombinaci několika úkolů v rámci funkčnosti jedné technické komponenty za účelem úspory místa a energetických zdrojů.

Elektromagnetické armatury

Výkonné orgány pohonu mohou pracovat v různých konfiguracích a provádět určité akce potřebné pro provoz konkrétní pracovní infrastruktury. Ale každopádně samotná funkce jádra či pevnostního prvku nebude až na vzácné výjimky stačit k zajištění dostatečného efektu z hlediska splnění finálního úkolu. Ve většině případů je vyžadován také přechodový článek - jakýsi překladač generované mechanické energie z přímo poháněné mechaniky do cílového zařízení. Například v systému pohonu všech kol působí elektromagnetická spojka nejen jako vysílač síly, ale jako motor, který pevně spojuje dvě části hřídele. Asynchronní mechanismy mají dokonce vlastní budicí cívku s výraznými póly. Náběžná část těchto spojek je vyrobena podle principů vinutí rotoru elektromotoru, což tomuto prvku dává funkce měniče a překladače síly.

V jednodušších systémech s přímým působením plní úlohu přenosu síly standardní kuličková ložiska, otočné a rozvodné jednotky. Charakteristickýprovedení a konfigurace akce, stejně jako propojení s pohonným systémem, je realizováno různými způsoby. Často se vyvíjejí individuální schémata pro vzájemné propojení komponent. Ve stejné elektromagnetické spojce pohonu je organizována celá infrastruktura s vlastní kovovou hřídelí, sběracími kroužky, kolektory a měděnými tyčemi. A to nepočítáme paralelní uspořádání elektromagnetických kanálů s pólovými nástavci a obrysy směru siločar magnetického pole.

Provozní parametry pohonu

Stejný design s typickým provozním schématem může vyžadovat připojení různých kapacit. Také typické modely pohonných systémů se liší výkonovou zátěží, typem proudu, napětím atd. Nejjednodušší pohon solenoidového ventilu pracuje na 220 V, ale mohou existovat i modely s podobnou konstrukcí, ale vyžadující připojení k třífázovým průmyslovým sítím na 380 V. Požadavky na napájení jsou dány velikostí zařízení a charakteristikami jádro. Počet otáček motoru například přímo určuje množství spotřebované energie a s tím i izolační vlastnosti, vinutí a parametry odporu. Pokud jde konkrétně o průmyslovou elektrickou infrastrukturu, projekt integrace vysokovýkonných pohonů by měl vzít v úvahu trakční sílu, charakteristiky zemnící smyčky, schéma implementace zařízení ochrany obvodu atd.

Modulární systémy pohonu

Nejběžnějšíkonstrukčním tvarovým faktorem pro výrobu pohonných mechanismů na elektromagnetickém principu činnosti je blok (nebo agregát). Jedná se o samostatné a poněkud izolované zařízení, které je namontováno na těle terčového mechanismu nebo také samostatné ovládací jednotky. Zásadní rozdíl mezi takovými systémy spočívá v tom, že jejich povrchy nepřicházejí do styku s dutinami přechodových silových článků a navíc s pracovními prvky výkonných orgánů cílového zařízení. Přinejmenším takové kontakty nevyžadují přijetí jakýchkoli opatření na ochranu obou struktur. Blokový typ elektromagnetického pohonu se používá v případech, kdy je potřeba izolovat funkční celky od negativních vlivů pracovního prostředí - např. od rizik korozního poškození nebo teplotní expozice. K zajištění mechanického spojení se používá stejná izolovaná kotva jako dřík.

Integrované funkce disku

Druh elektromagnetických pohonů, které fungují jako nedílná součást pracovního systému a tvoří s ním jedinou komunikační infrastrukturu. Taková zařízení mají zpravidla kompaktní rozměry a nízkou hmotnost, což umožňuje jejich integraci do různých inženýrských struktur bez významného dopadu na jejich funkční a ergonomické vlastnosti. Na druhou stranu optimalizace dimenzování a nutnost rozšiřování možností pro vázání (přímé napojení na zařízení) omezuje tvůrce v poskytovánívysoký stupeň ochrany takových mechanismů. Proto se vymýšlejí typická cenově výhodná izolační řešení, jako jsou oddělovací hermetické trubky, které pomáhají chránit citlivé prvky před agresivními vlivy pracovního prostředí. Výjimkou jsou vakuové ventily s elektromagnetickým pohonem v kovovém pouzdře, na které jsou napojeny armatury z vysokopevnostního plastu. Ale to už jsou specializované zvětšené modely, které mají komplexní ochranu proti toxickým, tepelným a mechanickým faktorům.

Aplikační oblasti zařízení

Pomocí tohoto pohonu jsou řešeny úkoly silově mechanické podpory různých úrovní. V nejkritičtějších a nejsložitějších systémech se k ovládání elektromagnetických zařízení používají bezucpávkové armatury, což zvyšuje stupeň spolehlivosti a výkonu zařízení. V této kombinaci se jednotky používají v dopravních a komunikačních potrubních sítích, při údržbě skladovacích zařízení s ropnými produkty, v chemickém průmyslu, na zpracovatelských stanicích a závodech v různých průmyslových odvětvích. Pokud mluvíme o jednoduchých zařízeních, pak v domácí sféře je elektromagnetický pohon ventilátoru pro přívodní a výfukové systémy běžný. Mechanismy malého formátu také nacházejí své místo v sanitárních armaturách, čerpadlech, kompresorech atd.

Závěr

Pokud je struktura pohonného mechanismu správně navržena, na základě elektromagnetických prvků můžete získat poměrně ziskzdroj mechanické síly. V nejlepších verzích se taková zařízení vyznačují vysokým technickým vybavením, stabilním provozem, minimální spotřebou energie a flexibilitou z hlediska kombinace s různými pohony. Pokud jde o charakteristické slabiny, projevují se nízkou odolností proti rušení, která se projevuje zejména při provozu elektromagnetického pohonu jističe na vedení vysokého napětí o napětí 10 kV. Takové systémy ze své podstaty potřebují zvláštní ochranu proti elektromagnetickému rušení. Také kvůli technické a konstrukční složitosti v důsledku použití sklopného pákového mechanismu s tlačnou a přídržnou západkou ve spínači je nutné dodatečné připojení ochranných elektrických zařízení, aby se eliminovala rizika zkratů v obvodech.