Электромагнитные исполнительные механизмы.

В системах автоматического регулирования и управления позиционного принципа действия довольно широкое распространение в качестве исполнительных механизмов получили электромагнитные приводы, преобразующие энергию электрического тока в поступательное движение рабочего органа - так называемые исполнительные электромагнитные механизмы (ЭМИМ). ЭМИМ служат для преобразования электрического тока в механическое перемещение с целью воздействия на регулирующий орган объекта управления. Они являются наиболее распространенными преобразователями электрического сигнала в механическое перемещение. ЭМИМ получили применение в качестве приводного или управляющего устройства в ряде механизмов, электрических аппаратах и реле. Например, в подъемных и тормозных электромагнитах, в приводах для включения и выключения коммутационных аппаратов, в электромагнитных контакторах, в автоматических регуляторах, в приводах для включения и отключения механических, пневматических и гидравлических цепей, для сцепления и расцепления вращающихся валов, открывания и закрывания клапанов, вентилей, заслонок, золотников на небольшие расстояния до нескольких миллиметров с усилием в несколько десятков ньютонов. ЭМИМ способны работать как на постоянном, так и на переменном токе. Однако электромагниты постоянного тока применяются намного шире, чем электромагниты переменного тока, поскольку при одинаковых размерах они развивают большее тяговое усилие, имеют более высокую стабильность параметров, конструктивно проще и дешевле. Для их питания используется сеть переменного тока и встроенный выпрямитель.

Характерной особенностью таких устройств является их способность работать только в схемах двухпозиционного (“открыто" – “закрыто”) регулирования или управления. Это объясняется тем, что регулирующий орган (вентиль, клапан и т.д.) может находиться только в двух конечных положениях, соответствующих двум возможным положениям сердечника электромагнита. Например: первое - ток включен, сердечник притянут и клапан открыт; или второе – ток отключен, сердечник не притянут и клапан закрыт.

Принципиально возможно создание многопозиционного (на три положения и более) исполнительного электромагнитного механизма. Однако решение этой задачи сопряжено со значительными трудностями, поэтому широкого распространения многопозиционные приводы не получили.

ЭМИМ по сравнению с электродвигательными ИМ отличаются простотой конструкции и схем управления, меньшими весом и размерами и значительно меньшей стоимостью. Благодаря отсутствию редуктора они более надежны в эксплуатации.

ЭМИМ по принципу действия разделяются на две группы:

- рассчитанные на длительное обтекание катушки соленоида электрическим током; при подаче напряжения питания якорь соленоида втягивается (при этом, например, клапан открывается), а возвращается он в исходное положение при снятии напряжения (клапан закрывается). Основными недостатками при этом являются постоянное потребление электроэнергии и ложные срабатывания при исчезновениях питающего напряжения.

- с кратковременным обтеканием катушек соленоида электрическим током; они состоят из двух электромагнитов – тягового и защелки. Тяговый электромагнит предназначен для втягивания якоря соленоида, напряжение питания на его катушку подается кратковременно. Удерживание якоря в рабочем состоянии после обесточивания тяговой катушки осуществляется механически специальной защелкой. Возврат в исходное состояние осуществляется путем кратковременной подачи напряжения на катушку электромагнита защелки, которая освобождает возвратную пружину и якорь соленоида закрывается.

По назначению ЭМИМ различают на:

- удерживающие, предназначенные для фиксации положения ферромагнитных тел, например электромагниты для подъема предметов из ферромагнитных материалов. Они не совершают работы, от них требуется лишь определенная сила, на которую они рассчитываются.

- приводные, которые служат для перемещения исполнительных устройств, например клапанов, золотников, заслонок. Они используются также в контакторах, электромагнитных муфтах и др. Эти электромагниты совершают определенную работу и поэтому рассчитываются на определенную силу и перемещение.

3. Практическая задача: Рассчитать основные характеристики инерционного дифференцирующего звена, такие как: передаточная функция, комплексная частотная характеристика (КЧХ), амплитудно-частотная характерно гика (АЧХ) и фазо-частотная характеристика (ФЧХ). Привести примеры данного типа элементарного динамического звена.

Инерционное дифференцирующее звено также называют реальное дифференцирующее звено

Передаточная функция:

Это произведение передаточных функций идеального дифференцирующего звена и апериодического звена.

Переходная функция: h(t)=

КЧХ:

АЧХ: