ток и тяговое усилие, действующее на сердечник, равны нулю. В арматуростроении щироко применяются нейтральные АЭМП с втягивающимся сердечником и обмоткой параллельного включения (обмоткой напряжения). У поляризованных АЭМП постоянного тока положения сердечника и связанного с ним запирающего элемента зависят от полярности сигнала, подаваемого на обмотку. Принцип действия таких АЭМП основан на введении в магнитопровод одного или нескольких постоянных магнитов, магнитный поток которых взаимодействует с основным магнитным потоком. Магнитопровод некоторых конструкций АЭМП имеет вставку из магнитно-твердого материала. Последняя, намагничиваясь под действием магнитного потока обмотки, создает магнитный поток в магнитопроводе после снятия напряжения с обмотки. При определенном значении электрического сигнала обратной полярности вставка размагничивается, магнитный поток в цепи магнитопровода становится равным нулю и сердечник возвращается в исходное положение [7, 19]. Поляризованные АЭМП предназначены для решения специальных задач и в промышленной трубопроводной арматуре практически не применяются.

В зависимости от вида питающего напряжения АЭМП могут быть переменного и постоянного тока, а также со сменными катушками переменного и постоянного тока и унифицированным магнитопроводом. Для АЭМП постоянного тока характерны следующие закономерности:

МДС и ток обмотки зависят от положения сердечника, поэтому в случае заклинивания сердечника в промежуточном положении тепловой режим обмотки не изменится, что определяет высокую эксплуатационную надежность АЭМП;

отсутствие вибрации при притянутом сердечнике обеспечивает удовлетворительные виброакустические характеристики привода;

при работе в длительном режиме энергия расходуется только на потери в обмотке;

детали магнитопровода могут быть изготовлены сплошными из специальных коррозионностойких сталей, не требующих защитных покрытий при работе в агрессивной среде;

форму тяговой характеристики мржно широко варьировать, что обеспечивает ее оптимальное согласование с силовой характеристикой исполнительного механизма и позволяет создавать АЭМП с регулируемой тяговой характеристикой;

время срабатывания стабильно при установившейся температуре обмотки;

залипание сердечника может быть исключено посредством введения между ним и полюсом немагнитной прокладки;

магнитный поток при прочих равных условиях зависит от положения сердечника (возрастает с уменьшением рабочего зазора) и от выбранного сечеНия обмоточного провода.

Недостатки АЭМП постоянного тока:

необходимость источников постоянного тока, что ограничивает распространение АЭМП постоянного тока в арматуростроении;

круто возрастающая к концу хода сердечника тяговая характеристика; тяговая сила при притянутом сердечнике значительно (в десятки раз) превосходит силу, развиваемую АЭМП в начале хода сердечника; увеличение тяговой силы АЭМП при максимальном рабочем зазоре без увеличения габаритов привода требует применения специальных схемных или конструктивных решений, к числу которых относятся: включение последовательно с обмоткой дополнительных токоограничивающих сопротивлений; применение дополнительной пусковой обмотки, включаемой на период срабатывания привода; включение АЭМП током заряда конденсатора и другие схемы форсировки питания в момент включения, что ведет к усложнению схемы управления, снижает надежность и увеличивает стоимость изготовления и эксплуатации;

необходимость конструктивных и схемных мер по обеспечению быстродействия, которое может быть достигнуто выполнением магнитопровода из материалов с высоким удельным электрическим сопротивлением, выполнением прорезей на массивных деталях магнитопровода и формированием переходных процессов в цепи обмотки АЭМП с помощью различных бесконтактных схем [9, И].

Наиболее обширную группу составляет АЭМП с питанием от переменного тока. Периодически изменяются магнитный поток, создаваемый обмоткой, и его направление. В результате тяговое усилие пульсирует от нуля до максимума с удвоенной частотой относительно частоты питания. При начальном положении сердечника (максимальном зазоре между взаимодействующими торцами сердечника и полюса) можно оперировать со средним значением тягового усилия и не учитывать эти пульсации. При притянутом состоянии, в моменты прохождения тягового усилия через нулевое значение, сердечник стремится отой-

ти от полюса под Воздействием нагрузки и возвратной пружины. При этом возникает вибрация сердечника, что приводит к возникновению акустического шума и к износу деталей. С целью снижения уровня вибрации применяют короткозамкнутый виток (экран). С помощью этого витка магнитный поток разделяется на два потока, сдвинутых между собой во времени. Глубина пульсации результирующего магнитного потока уменьшается, и тяговое усилие не падает до нуля. На уровень начального тягового усилия при максимальном зазоре короткозамкнутый виток практически не влияет. Эффективность короткозамкнутого витка тем больше, чем меньше остаточный зазор между торцами полюса и экранированной частью сердечника, который у большинства АЭМП не превышает 5-10~ м. Наибольший эффект достигается тогда, когда короткозамкнутый виток охватывает примерно 2/3 площади торца сердечника. Для АЭМП переменного тока характерно следующее: МДС обмотки при заданном напряжении питания и прочих равных условиях обратно пропорциональна числу витков обмотки, пропорциональна току в ней и зависит от положения сердечника АЭМП, уменьшаясь при сокращении рабочего зазора;

ток в обмотке в значительной степени определяется ее индуктивным сопротивлением, которое зависит от положения сердечника и имеет минимальное значение при максимальном рабочем зазоре; при уменьшении рабочего зазора индуктивность увеличивается, вследствие чего уменьшается и ток обмотки; прн включении обмотки по ней протекает двух - шестикратный номинальный ток, который понижается до номинального значения при достижении сердечником полюса; в результате имеет место естественная фор-сировка тока при включении, что позволяет получить большее начальное тяговое усилие при меньших габаритах по сравнению с АЭМП постоянного тока. Такая тяговая характеристика хорошо согласуется с силовой характеристикой большинства конструкций исполнительных механизмов;

высокое быстродействие (порядка 0,05-0,07 с); возможность питания непосредственно от промышленной сети;

магнитный поток не зависит от положения сердечника и определяется выбранным числом витков обмотки. Основные недостатки АЭМП переменного тока: с повышением частоты включения повышается температура нагрева обмотки, чего нет у АЭМП постоянного тока;

применение сплошных магнитопроводов на переменном токе приводит к большим потерям энергии, для снижения которых магнитопровод должен выполняться наборным из тонколистовой электротехнической стали, что усложняет конструкцию и технологию изготовления АЭМП;

значительные потери энергии на вихревые токи в разделительной трубке и короткозамкнутом витке;

небольшая глубина проникновения переменного электромагнитного поля в сплошной магнитопровод АЭМП;

вибрации притянутого сердечника, которые в экплуата-ционных условиях могут усиливаться трубопроводом;

зависимость тока обмотки и ее температуры от размеров зазоров магнитопровода;

зазоры в магнитопроводе, в том числе немагнитная прокладка между сердечником и полюсом, вызывают не только повышение температуры обмотки, но и усиление вибрации притянутого сердечника; эти нежелательные явления могут вызываться отложениями на поверхности химических примесей и твердых частиц, находящихся в рабочей среде;

время срабатывания в пределах полупериода изменения напряжения сети нестабильно, так как зависит от начальной фазы приложенного напряжения.

В отдельных источниках к АЭМП переменного тока относят АЭМП со встроенными выпрямителями. Они объединяют в себе положительные качества АЭМП постоянного и переменного тока. Так, питание АЭМП осуществляется от сети перем.енного тока, а характеристики близки к характеристикам АЭМП постоянного тока. Указанные особенности предопределяют перспективность применения в арма-туростроении АЭМП со встроенными выпрямителями.

Широкое распространение получили втяжные АЭМП с унифицированным магнитопроводом и сменными катушками. Унифицированный магнитопровод выполняется сплошным независимо от рода тока питания. В зависимости от рода тока и напряжения сети АЭМП комплектуются катушкой переменного или постоянного тока с соответствующими обмоточными данными.

Конструкция АЭМП может быть рассчитана на работу в одном, нескольких или во всех следующих режимах работы: продолжительном; повторно-кратковременном; кратковременном. Для кратковременного режима устанавливаются следующие предпочтительные значения длительности рабочего периода: 5, 10, 15, 30 с и 10, 30, 60 и 90 мин. Для повторно-кратковременного режима устанавливаются предпочтительные значения относительной продолжитель-

ности включения (ПВ) в процентах: 15, 25, 40 и 60. Предпочтительными являются следующие значения максимально допустимой частоты включений в час: 1, 3, 6, 12, 30, 60, 120, 300.

Следует отметить, что с учетом рассмотренных особенностей АЭМП независимо от конструктивного исполнения представляют собой разновидность электромагнита, на который при отсутствии герметизирующей трубки распространяются все закономерности и методики расчетов электромагнитных механизмов.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К АЭМП

Различия целевого назначения, вида и параметров рабочей среды, а также условий эксплуатации трубопроводной арматуры обусловливают разнообразие предъявляемых к АЭМП требований. Являясь неотъемлемой частью арматуры, АЭМП должен обеспечивать выполнение всех предъявляемых к ней технических требований. Для проектирования и выбора АЭМП необходимы следующие сведения:

назначение исполнительного механизма в трубопроводной арматуре;

конструкция, принцип действия и снловая характеристика (перестановочное усилие) исполнительного механизма с учетам всех возможных положений запирающего элемента и силового воздействия на него потока рабочей среды;

номинальные значения тягового усилия и хода сердечника;

исполнение АЭМП (блочное, встроенное), необходимость герметизирующей трубкп;

род така, частота, напряжение и мощность источника питания и их возможные отклонения от номинальных значений;

токи срабатывания н отпускания (отпадания);

способ сочленения АЭМП с исполнительным механизмом; пространственное положение в эксплуатационных условиях; присоединительные размеры, требования к выходнаму силовому элементу;

вид рабочей среды, диапазон изменения ее давления и температуры, физико-химические свойства н чистота;

температура, влажность, давление, пожароопасность, взрывоопас-ность и активность окружающей среды;

продолжительность включения (ПВ) и цикличность работы (время непрерывного нахождения обмотки под напряжением и в обесточенном состоянии за один цикл работы);

тип, диаметр и способ подключения токоподводящего кабеля;

уровни климатических и механических воздействий в процессе эксплуатации и транспортировки;

требуемое быстродействие:

ограничения по массе, габаритам, потребляе.мой мощности, температуре натрева. наружной оболочки, виброакустнческпм характеристикам и уровню Создаваемых магнитных помех;

возможность и периодичность обслуживания и ремонта в эксплуатационных условиях;

суммарное время нахождения обмотки АЭМП под напряжением за весь гарантийный срок службы;

гарантийная наработка до отказа и срок службы в годах;

требуемая вероятность безотказной работы АЭМП с заданной доверительной вероятностью;

условия транспортирования и хранения.

Для обеспечения современного технического уровня к АЭМП могут быть предъявлены следующие требования:

рациональное согласование тяговой характеристики с силовой характеристикой исполнительного механизма на всем рабочем ходе сердечника;

возможность регулировки тягового усилия и крайних положений выходного силового элемента без разгерметизации полости, находящейся под давлением рабочей среды;

наличие герметизирующей разделительной трубки;

возможность работы от сетей переменного и постоянного тока прн условии применения сменных катушек на широкий диапазон переменного и постоянного напряжений;

безотказная работа в условиях повышенной влажности и запыленности окружающей среды, прн перепадах температур рабочей и окружающей сред в широком диапазоне, при наличии механических воздействий, при воздействиях сторонних магнитных полей и солнечной радиации, при изменениях напряжения и частоты источника питания;

возможность длительной эксплуатации без непосредственного обслуживания и ремонта;

минимальные масса, габа!риты и потребляемая мощность;

минимальный акустический шум, создаваемый АЭМП;

высокая вероятность безотказной работы за заданный циклический ресурс работы;

простота конструкции и высокая технологичность изготовления; простота электрической схемы управления;

удобство и безопасность в изготовлении, при монтаже, эксплуатации и ремонте;

ниакая себестоимость;

наличие дистанционной и местлой сигнализации положения сердечника;

соответствие требованиям технической эстетики.

В зависимости от конкретных условий определяющими являются те или иные характеристики; необходимость в выполнении ряда требований может вообще отпасть, а также могут возникнуть дополнительные требования, не отмеченные выше. 3. ХАРАКТЕРНЫЕ УСЛОВИЯ РАБОТЫ АЭМП

В процессе управления работой исполнительного механизма АЭМП совершает рабочий цикл и возврат в ис-