Электродвигательные исполнительные механизмы

Лекция 7

Электрические исполнительные механизмы

План

7.1. Электродвигательные исполнительные механизмы.. 1

7.2. Классификация и выбор регулирующих органов. 5

7.3. Общие требования к регулирующим органам.. 7

7.4. Электромагнитные исполнительные элементы.. 8

7.4.1. Электрические муфты.. 8

7.4.1.1. Муфты сухого трения. 8

7.4.1.2. Муфты вязкого трения. 9

7.4.1.2. Муфты скольжения. 11

7.4.1.3. Конденсаторные муфты.. 11

7.4.1.4. Индукционные муфты с массивным ротором.. 12

7.4.2. Электрические магниты.. 13

Электрические исполнительные механизмы применяются в системах автоматизации, где основным видом энергии является электрическая энергия. Они делятся на электродвигательные и электромагнитные.

Электродвигательные исполнительные механизмы

Электродвигательные исполнительные механизмы широко применяются в системах автоматизации в сочетании с разнообразной регулирующей и запорной трубопроводной арматурой (вентилями, кранами, задвижками, клапанами, заслонками и т.п.), с производственными механизмами (плужковыми сбрасывателями, транспортерами, дозаторами и т.л.), или с технологическими агрегатами (компрессорами, насосами и т.п.).

Электродвигательные ИМ могут быть разделены на три группы:

1 – с электроприводами общепромышленного применения, используемые для регулирования процессов с помощью программного управления или изменения производительности агрегатов;

2 – с электродвигателями общепромышленного назначения, предназначенные для сочленения с трубопроводной арматурой, и применяются для двухпозиционного регулирования или дистанционного управления процессом;

3 – со специальными двигателями, предназначенные для сочленения с регулирующими органами и применяются для регулирования технологическими процессами.

К первой группе электродвигательных исполнительных механизмов относятся электроприводы технологических агрегатов и механизмов в виде автоматизированных силовых электроприводов.

В них используются:
- электродвигатели постоянного тока с независимым возбуждением;
- электродвигатели постоянного тока с последовательным возбуждением;
- асинхронные двух и трехфазные короткозамкнутые двигатели;
- синхронные и реактивные двигатели.

Расчет этих электроприводов рассматривается в курсе АЭП.

Вторая группа ЭД ИМ базируется на серийно выпускаемых ЭД промышленного назначения, служащих для сочленения с разнообразной трубопроводной запорной арматурой.

При их выборе необходимо учитывать быстродействие их срабатывания. Величина крутящего момента двигателя на шпинделе, сочлененном с трубопроводной арматурой, находилась бы в диапазоне 60 –100% от величины максимального крутящего момента на оси привода.

ИМ этой группы делятся на шесть групп в зависимости от величины крутящего момента и конструкции присоединительного устройства -

А, Б, В, Г, Д, М. Основные характеристики приведены в табл.1 и 2.

Общий вид ЭД ИМ этой группы приведен на рис.1.

Рис.1. Общий вид электрического исполнительного механизма

В этих механизмах, помимо автоматизированного управления, предусматривается ручное, которое осуществляется при помощи штурвала.

По способу ограничения величины крутящего момента они делятся на механизмы с реле максимального тока и с односторонней муфтой, применяемые для арматуры, требующей плотного закрытия, и на механизмы с двусторонней муфтой, когда требуется двустороннее уплотнение арматуры.

К третьей группе ЭД ИМ относятся механизмы, предназначенные для сочленения с регулирующей арматурой. Такие механизмы используются в электрических системах регулирования и состоят из электродвигателя, редуктора, узла обратной связи, конечных выключателей, а некоторые из них имеют датчики указания положения выходного элемента.

ЭД ИМ по виду движения выходного элемента подразделяются на однооборотные (МЕО), многооборотные (МЭМ) и прямоходные (МЭП).

Таблица 1

Характеристика механизмов типа МЭП

МЭП - 40 (40 – перестановочное усилие)

Многооборотные ИМ сочленяются с трубопроводной арматурой с винтовым шпинделем, а однооборотные – с арматурой, у которой затвор имеет вращательное или поступательное перемещение. ЭД ИМ третьей группы подразделяются на механизмы с постоянной и переменной скоростью перемещения выходного элемента. Первые применяются в импульсных, а вторые в аналоговых системах регулирования.

Основными показателями исполнительных механизмов с постоянной скоростью перемещения выходного элемента, (с переменной скоростью применяются редко из-за нелинейности механических характеристик), которые необходимо учитывать при их выборе:

Максимальное среднесуточное число включений в 1 час (ПВ%). Эта величина находится по графику, рис.2, или вычисляется по формуле

ПВ% = 0, 0568(n - 72, 5) + 4, 27,

где n –число включений электродвигателя в 1 час.

Рис.2. График зависимости ПВ% от числа включений

Момент на валу электродвигателя

Мдв = Мпс /(iр hр)

где iр - передаточное число редуктора; hр - к.п.д. редуктора; Мпс - перестановочный момент механизма, Н*м.

Мощность электродвигателя. С учетом найденного значения ПВ% мощность в Вт вычисляют по формуле

N_дв = 0, 01103 М_дв n_дв,

где n_дв – число оборотов двигателя, об/мин.

Передаточное число редуктора, обеспечивающее необходимую скорость регулирования.

i_р2 – 6 n_дв/w_н (1 – М_c / М_дв)i_р + 6 n_дв М_пс/(h_рw_н) = 0,

где wн - угловая скорость выходного вала механизма, обеспечивающая необходимую скорость регулирования град/с; М_c - момент сопротивления, приведенный к валу электродвигателя, т.е. та часть момента М_дв, которая тратится на преодоление сил трения в редукторе, Н.*м.

При оптимальном значении i_р обеспечивается минимальный момент инерции редуктора J_р, приведенный к валу электродвигателя, а следовательно, и минимальное значение постоянной времени исполнительного механизма, что существенно улучшает динамические свойства ИМ. Оптимальное значение i_р цилиндрических редукторов может быть найдено при помощи номограммы, приведенной на рис.3, следующим образом: по значению i_р определяют i₁ а по

i_1* = iр/ i₁ находят i₂, далее по i_2* = i_р /(i₁ i₂) определяют i₃ и т.д.

Рис.3. Номограмма для определения передаточных чисел редукторов: 1, 2, 3, 4 – соответствуют 2, 3, 4 и 5 ступенчатым редукторам

Значение J_р в зависимости от передаточного числа редуктора iр может быть найдено по графику, приведенному на рис.4.

Рис.4. Номограмма для определения Jр

Скорость перемещения затвора регулирующего органа, сочлененного с конкретным исполнительным механизмом.

Эту величину определяют по формуле

V_з =Т_сa/(2pК)

Где Т_с - время одного оборота выходного элемента исполнительного механизма; a - заданный угол поворота выходного элемента исполнительного механизма; К - коэффициент передачи от выходного элемента исполнительного механизма до регулирующего органа, подсчитываемый при конструировании кинематической связи.

ИМ делятся на контактные и бесконтактные. Бесконтактные более перспективны.

При выборе необходимо учитывать возможность сочленения (многооборотные, однооборотные, прямоходные), эксплуатационные условия, определяющие их исполнение.

Таблица 2

Характеристика механизмов типа МЭМ

Обозначение МЭМ – 10/2, 5 (10 кгс*м -перестановочный момент; 2, 5с –время одного оборота)

Таблица3

Характеристика механизмов типа МЭО