Электрические исполнительные механизмы

Для перемещения различных РО применяют электродвигательные ИМ клапанов, дроссельных заслонок, задвижек, кранов и т. п., обычно в комплекте с электрическими и электронными регуляторами. В этих ИМ применяют трехфазные и двухфазные асинхронные электродвигатели. Маркировка общепромышленных электродвигательных ИМ показана на рис. 4.3. В сельскохозяйственном производстве наряду с общепромышленными исполнительными механизмами применяют специализированные ИМ для управления задвижками различных типов. Наиболее распространенные– задвижка зерновая ТЭА-15 с приводом ТЭА-14М; ИМ с оперативным контролем и регулированием степени открытия типа РИМЗ (регулируемый ИМ задвижек). Вместо ТЭА-14М также выпускают привод Е8-УРВ, отличающийся только модулем шестеренной передачи редуктора, в результате чего ИМ имеет меньшую массу и габариты.

Мощность установленного на ИМ электродвигателя и передаточное отношение редуктора определяют основные показатели ИМ: максимальный вращающий момент, номинальный момент на валу, время одного оборота выходного вала, сведения о которых можно получить из справочной литературы (там также приводятся и другие сведения, позволяющие производить выбор исполнительных механизмов для конкретных условий работы).

По способу защиты запорной арматуры от поломки или заедания шпинделя, отказа конечного выключателя или попадания в арматуру постороннего предмета, а также по способу обеспечения необходимой плотности закрытия запорных вентилей ИМ делятся на приводы с электрическим реле максимального тока и электромеханической муфтой крутящего момента. Для выбора и настройки реле максимального тока строят графики зависимости тока, потребляемого электродвигателями приводов, от величины требуемого крутящего момента на шпинделе арматуры для разных типов электродвигателей и разного напряжения питающей сети. Принцип действия электромеханической муфты крутящего момента основан на том, что при возрастании по какой-либо причине крутящего момента на приводном валу электропривода сверх заданной величины (попадание постороннего предмета, заедание, неисправность путевого выключателя и т. п.) шестеренный механизм через червячный вал воздействует на пружину и сжимает ее. При определенном сжатии пружины рычаг начинает воздействовать на микропереключатель, контакты которого разрывают цепь питания катушки магнитного пускателя и останавливают электродвигатель.

В исполнительных механизмах автоматики часто используются шаговые двигатели (ШД). Они применяются в системах числового программного управления (ЧПУ), где требуется однозначное преобразование числовых данных в линейные или угловые последовательные точно дозированные перемещения исполнительного органа по координатам. Дискретный характер работы ШД дает возможность создать разомкнутые системы управления с высокой статической и динамической точностью. Построение замкнутых систем ЧПУ с ШД нецелесообразно, так как улучшенные качества замкнутых систем легче достигаются при использовании регулируемых двигателей непрерывного действия. Шаговые двигатели имеют более низкие энергетические показатели, чем регулируемые ЭД непрерывного действия, поэтому применение их при больших моментах нагрузки не всегда целесообразно. Кроме того, с увеличением габаритов ШД снижается допустимая частота, что приводит к увеличению шага при заданной скорости исполнительного органа. Это снижает качество отработки РО.

В отличие от обычных синхронных двигателей ШД должны сохранять синхронизм во всех режимах (пуск, регулирование частоты вращения и реверс). Рабочий режим ШД – стопорный, при котором ротор неподвижен при постоянных токах, протекающих по обмоткам статора и ротора.

Важный параметр, определяющий устойчивость ШД – приемистость, характеризующая допустимое число шагов управления в единицу времени (шаг/с). Максимальный скачок частоты, при котором информация не теряется, называется частотой приемистости ШД. Обычно максимальная частота режима «равномерного» движения в несколько раз превышает частоту приемистости. Выход ШД на максимальную частоту вращения осуществляется при плавном или ступенчатом ее нарастании. Это относится также к режимам остановки и снижения частоты вращения. Законы нарастания и спада частоты вращения формируются в программно-задающей части систем с ЧПУ устройством разгона-торможения.

В качестве ИМ широко применяются электромагнитные приводы, преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа. Их называют соленоидными. В зависимости от конструктивного исполнения, типа и условий применения выходной координатой соленоидных ИМ могут быть: для ИМ с прямолинейным движением РО – перемещение, скорость и усилие; для ИМ с вращательным движением РО – угол поворота, частота вращения или развиваемый вращающий момент. За управляющее воздействие принимается электрический сигнал управления на намагничивающей обмотке.

Ходовые электромагниты могут быть переменного (однофазные и трехфазные) и постоянного тока. Их основные характеристики – ход якоря, зависимость между перемещением якоря и тяговым усилием, зависимость между положением якоря (его перемещением) и расходом электроэнергии и время срабатывания. Эти характеристики зависят от формы магнитопровода, состоящего из ярма и якоря, расположения намагничивающих обмоток и рода питающего тока (переменного или постоянного). В зависимости от хода якоря (его максимального перемещения) различают короткоходовые и длинноходовые электромагниты.

Электромагниты должны отвечать следующим требованиям:

1. Выбираемая конструкция должна соответствовать длине хода, тяговой силе и заданной тяговой характеристике. Для больших тяговых сил и малой длины хода якоря используют короткоходовые, а для небольших тяговых сил и значительных ходов якоря – длинноходовые электромагниты; для больших перемещений якоря – электромагниты с замкнутым цилиндрическим магнитопроводом и квазипостоянной тяговой силой.

2. Для быстродействующих систем необходимо применять электромагниты с шихтованным магнитопроводом, а для замедленных систем – с нешихтованным магнитопроводом и поворотным якорем с массивной медной гильзой.

3. Число циклов срабатывания должно быть меньше допустимого.

4. Электромагниты переменного тока при одинаковых совершенных механических работах потребляют электроэнергии больше, чем электромагниты постоянного тока.

5. Быть удобными в эксплуатации и простыми в обслуживании.

Выбор электромагнита осуществляют по напряжению, току и потребляемой мощности. После выбора электромагнита рассчитывают его обмотки на нагрев, считая, что средняя допустимая температура нагрева 85...90°С.

Привод и рабочий механизм достаточно часто связываются между собой с помощью муфт. Принцип их действия основан на электромагнитных свойствах связываемых элементов. В зависимости от вида связи муфты делят на фрикционные сухого трения, вязкого трения и различные индукционные. Регулирующее воздействие муфт осуществляется за счет изменения их сцепления. При выборе электромагнитной муфты необходимо учитывать следующие требования: принцип действия муфты должен соответствовать требуемому режиму (позиционного действия или при регулировании частоты вращения) и области применения; муфта должна быть рассчитана на требуемую мощность и обладать перегрузочной способностью; муфта должна обеспечить требуемый коэффициент передачи, требуемое быстродействие и надежность; муфта должна быть удобной в эксплуатации и простой в обслуживании.