Электромагнитные преобразователи
6.3. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ
Работа электромагнитного ЭМП основана на взаимодействии магнитных потоков, из которых один или несколько образуются при подаче управляющего сигнала. Результатом такого взаимодействия является возникновение усилия или момента на подвижной части (якоре) ЭМП. При наличии механической или магнитной пружины это усилие (или момент) преобразуется в линейное или угловое перемещение подвижной части ЭМП, пропорциональное управляющему сигналу.
Рассмотрим принцип работы одного из вариантов электромагнитного ЭМП поворотного движения с механической пружиной и обмотками поляризации, управляемого постоянным током по двухпроводной схеме с последовательным включением (рис. 63, а). При отсутствии управляющего сигнала (напряжение на контактах A и Б равно нулю) на якорь 1 действуют силы, создаваемые постоянным поляризованным магнитным потоком ФП. Эти силы, обусловленные наличием на контактах C, Д обмоток подмагничивания постоянного напряжения, равны по значению и противоположны по направлению.
Рис. 63. ЭМП электромагнитного типа
Якорь ЭМП находится в среднем положении также под действием равных и противоположно направленных сил центрирующих пружин 2, 3, закрепленных на статоре 4. При поступлении через контакты A и Б на обмотку управления управляющего сигнала возникает электромагнитный поток управления ФУ, который взаимодействует с постоянным потоком ФП, при этом в одном зазоре, например II, эти потоки суммируются, а в зазоре I — вычитаются. В результате нарушается равновесие сил, и якорь поворачивается по часовой стрелке на некоторый угол, который определяется соотношением возникшего на якоре усилия с жесткостью центрирующих пружин. Якорь займет новое устойчивое положение. При увеличении управляющего сигнала растет усилие на якоре и, как следствие, увеличивается угол отклонения. При изменении знака сигнала управления на противоположный магнитные потоки будут складываться в зазоре I, а в зазоре II будут вычитаться. Усилие, развиваемое ЭМП, изменит свой знак, и якорь отклонится против часовой стрелки.
В результате обеспечивается определенное соответствие между углом и направлением отклонения якоря ЭМП, а также значением и знаком управляющего сигнала.
Электромагнитный ЭМП поворотного движения, работающий по дифференциальной схеме и управляемый постоянным током (рис. 63, б), состоит из Ш-образного магнитопровода 1 (статора), поворотного якоря 3, обмоток управления 2, 5, центрирующих пружин 4. При равенстве токов в обмотках 2 и 5 (ток в каждой обмотке равен Ѕ максимального значения) магнитные потоки Ф1 и Ф2 и усилия, действующие в зазорах I и II, также будут равны. Усилия от центрирующих пружин 4 в верхней и нижней частях якоря равны. В результате якорь находится в нейтральном положении. Если, например, в обмотке 2 ток управления будет уменьшаться, а в обмотке 5 одновременно увеличиваться (дифференциальное управление), то поток Ф1 будет уменьшаться, а поток Ф2 увеличиваться. Равновесие якоря нарушится, и он повернется по часовой стрелке на некоторый угол, определяемый жесткостью центрирующих пружин и возникшим дебалансом сил. Если увеличивать ток в обмотке 2 и соответственно уменьшать ток в обмотке 5, то поворот якоря произойдет в противоположную сторону.
Рис. 64. Графин зависимостей F1(?), F2(?), F?(?).
Таким образом, угол поворота якоря и его направление зависят от значения и знака разности токов в обмотках управления.
Следует отметить, что усилия F1 и F2, развиваемые в зазорах I и II, обратно пропорциональны квадрату зазора 6 (рис. 64). Однако совместное действие этих сил на якорь ЭМП практически мало отличается от линейного закона (кривая F2). Линеаризации кривой F2 в определенной мере способствует и насыщение магнитного потока в зазоре между якорем и средней частью магнитопровода, а также ограничение площади сечения якоря.
Электромагнитные ЭМП с обмотками управления, включенными по дифференциальной схеме, применяют реже, чем ЭМП с последовательно включенными обмотками управления, так как электронные усилители, обеспечивающие дифференциальное управление обмотками ЭМП, более сложны и в них трудно обеспечить стабильность начальных токов.
Обе рассмотренные выше схемы ЭМП электромагнитного типа имеют якорь, перемещающийся вдоль магнитных силовых линий в воздушном зазоре. Линейность статических характеристик обеспечивают ЭМП, в которых якорь совершает движение поперек магнитного поля (рис. 65), хотя такое исполнение и усложняет технологию изготовления ЭМП. В этих преобразователях важное влияние на статическую характеристику M (i) (ток управления — момент на валу якоря) оказывает форма рабочего зазора. Наиболее часто используют ЭМП с рабочими зазорами трех типов (рис. 66). Зазоры первых двух типов (рис. 66, а, б) обусловливают действие так называемой магнитной пружины, когда при отклонении якоря от нейтрального положения магнитные силы действуют в противоположных направлениях, причем жесткость магнитной пружины для зазора на рис. 66, а меньше, чем для зазора на рис. 66, б. Зазор третьего типа (рис. 66. б) полностью исключает момент от действия магнитных сил (жесткость магнитной пружины равна нулю). В таком ЭМП для обеспечения пропорциональности угла поворота якоря управляющему сигналу необходимо ввести механическую центрирующую пружину.
Рис. 65. Герметичные ЭМП:
а) сопло-заслонка; б) со струйной трубкой
Рис. 66. Типы рабочих зазоров ЭМП
ЭМП электромагнитного типа, в отличие от ЭМП электродинамического типа, при одинаковом усилии, развиваемом ЭМП, имеют меньшие массу, размеры и, что особенно важно для быстродействующих ЭГСП, меньшую массу подвижных частей.
Статические характеристики ЭМП электромагнитного типа имеют гистерезис, зависящий от свойств материала магнитопроводов, однако при работе таких ЭМП в составе замкнутого контура с большим коэффициентом усиления этот недостаток становится несущественным.
Рассмотренные выше ЭМП, являясь составной частью ЭГУ, не защищены от воздействия рабочей жидкости, которая оказывает вредное влияние на материалы магнитопровода и электрических проводов. Кроме того, содержащиеся в рабочей жидкости продукты изнашивания металлических деталей могут притягиваться магнитной системой ЭМП, что вначале ухудшает характеристики ЭМП, а затем приводит к выходу его из строя.Особо остро эта проблема стоит в системах, работающих длительное время.
Поэтому в последние годы появились конструкции ЭМП так называемого «сухого» исполнения, в которых электромагнитная система полностью изолирована от рабочей жидкости РЖ (см. рис. 65),
Принцип герметизации в ЭМП на рис. 65 один и тот же — применение гибкой тонкостенной трубки, которая одним концом закреплена на основании ЭМП, а другим соединена с якорем ЭМП. В такой конструкции электромагнитная часть ЭМП надежно отделена от гидравлической, что позволяет существенно повысить надежность его работы.
Известны конструкции гибких трубок с толщиной стенки 0,05 ... 0,06 мм и длиной 25 ... 30 мм, надежно работающие при давлениях в линии слива ЭГУ не более 3 ... 8 МПа с общим числом рабочих циклов до (2 ... 6) 106.
Назад | Содержание
| Вперед
