Грузоподъемные электромагниты. Особенности эксплуатации

Грузоподъемные электромагниты используются для механизации погрузочно-разгрузочных и подъемно-транспортных работ различных изделий из ферромагнитных материалов на металлургических заводах, механизированных складах, пунктах переработки металлолома и т.д. Электромагнит грузоподъемный монтируется на кран (железнодорожный, автомобильный, мостовой и др.), оборудованный источником постоянного тока напряжением 220В для питания электромагнита. Грузоподъемные электромагниты — удобный и производительный механизм, так как для перемещения груза не нужен подсобный рабочий для выполнения строповки груза, всеми операциями управляет крановщик и обеспечивается большая безопасность в работе.

В настоящее время в нашей стране грузоподъемные электромагниты выпускаются промышленностью в большой номенклатуре по величине грузоподъемности (от 6 т.с. до 85 т.с.) и по назначению: круглый электромагнит (транспортирование скрапа, металлолома, стружки, металлопроката), круглый электромагнит для работы с бойным шаром, прямоугольный электромагнит (обычно устанавливаемый на траверсу) для транспортирования длинномерных материалов, подвесной и саморазгружающийся железоотделитель (для удаления металлических включений с конвееров). Грузоподъемный электромагнит может транспортировать и горячий металл (при наличии теплоизолирующей прокладки), если его температура не превышает точки Кюри , равной 750°С, при которой металл теряет свои магнитные свойства.

Напряжение питания электромагнитов 220В+5% (в некоторых случаях 110В) при режиме работы с относительной продолжительности включения ПВ=60%, при этом гарантируется длительная и надежная работа электромагнита. Тепловой баланс достигается в среднем через 3-5 часов работы (в зависимости от массы электромагнита и температуры окружающей среды), при котором потребляемая электрическая мощность равна излучаемой тепловой, сопротивление обмотки увеличивается в 1,5 раза, ток через электромагнит уменьшается до 65% от начального и температура обмотки увеличивается до 150-160°С (изоляция должна выдерживать данную температуру без пробоя). Сопротивление изоляции горячего электромагнита падает до 0,5–1,0 МОм для большинства применяемых электроизоляционных материалов. Падение сопротивления до величины десятков кОм может привести к электрическому пробою изоляции, либо к необратимому уменьшению сопротивления изоляции.

Грузоподъемность электромагнита зависит от величины магнитного потока Ф в сердечнике, который тем больше, чем больше намагничивающая сила F (равна произведению числа витков W обмотки электромагнита на величину тока I, протекающего по ней- F=W•I) и чем меньше магнитное сопротивление цепи Rµ : Ф=F/ Rµ. Магнитное сопротивление цепи зависит от суммарной величины воздушных промежутков в цепи магнитного потока, от сечения этого пути, магнитной проницаемости материала и длины силовых линий магнитного потока. Наименьшее Rµ имеется при подъеме плоской стальной плиты, при этом воздушный зазор между полюсами электромагнита и грузом мал (в этом случае большое значение имеет неплоскостность поверхности плиты и, равноценно, неплоскостность полюсов электромагнита). При подъеме скрапа Rµ велико и грузоподъемность составляет 3-10% от максимальной, в этом случае неплоскостность полюсов не имеет большого значения. Нагрев электромагнита приводит к уменьшению намагничивающей силы и, как следствие, к пропорциональному падению грузоподъемности при работе со скрапом и незначительному падению грузоподъемности на плите. При отключении грузоподъемного электромагнита его магнитный поток снижается не до нуля, а до некоторой остаточной величины. Притянутый груз также сохраняет некоторую намагниченность, поэтому мелкие частицы груза не отпадут при отключении электромагнита. Чтобы весь груз отпал полностью, необходимо на короткое время пропустить через грузоподъемный электромагнит в обратном направлении ток величиной 5-10% от рабочего тока.

При отключении электромагнита снижение магнитного потока наводит на его обмотке электродвижущую силу самоиндукции. Величина индуктированного напряжения может достигнуть нескольких тысяч вольт, что может привести к пробою изоляции обмотки. Некоторые производители для ограничения перенапряжения на уровне 1000-2000В параллельно катушке электромагнита подключают разрядное сопротивление (например, в устройстве типа ПМС, выпускаемом до настоящего времени), что приводит к дополнительным потерям энергии и возможному пробою изоляции электромагнита при повреждении разрядного сопротивления. При обрыве питающего кабеля во время протекания тока обмотка электромагнита оказывается не защищенной. Выше перечисленные причины являются основными причинами пробоя изоляции грузоподъемных электромагнитов.

Предприятия, имеющие опыт проектирования и изготовления грузоподъемных электромагнитов, аппаратуры управления и заботящиеся о повышении качества и надежности выпускаемой продукции применяют специальные меры для ограничения перенапряжений и устанавливают встраиваемые ограничители напряжения, которые могут быть выполнены на различной элементной базе (резисторные ограничители, тиристорные замыкатели, силовые кремниевые ограничительные диоды, варисторные ограничители напряжения, вакуумные разрядники). Наиболее простыми и надежными ограничителями являются вакуумный разрядник и мощный варистор.

Для повышения надежности и срока службы предприятия-изготовители применяют современные теплостойкие и с высокой электрической прочностью электроизоляционные материалы и заливочные компаунды с классом нагревостойкости не ниже 150°С, разрабатывают и используют более совершенные конструктивные и технологические решения для уменьшения температуры нагрева катушки электромагнитов и увеличения теплопередачи за счет уменьшения зазоров между катушкой и магнитопроводом (без ухудшения электрической прочности изоляции) и повышения оребрения магнитопровода. Для обмотки электромагнитов используется медная или алюминиевая шины и медный или алюминиевый прямоугольный провод со стекловолокнистой изоляцией. Предприятия, имеющие технологию ремонта катушек из алюминиевого провода, широко применяют его в своих изделиях, так как применение его значительно снижает цену электромагнитов по сравнению с электромагнитами с катушкой из медной шины при равенстве их электрических параметров. Для заливки катушек применяются различные компаунды: эпоксидные (холодного и горячего отверждения), полиуретановые, кремнийорганические. Заливочная масса определяет в основном надежность работы электромагнита и выполняет следующие функции: препятствует попаданию влаги к катушке из атмосферы, механически закрепляет катушку в корпусе, препятствует ее деформации при нагреве и ударах груза о корпус электромагнита, служит промежуточной средой для теплопередачи от катушки к корпусу. Заливочный компаунд должен иметь высокие электрические свойства, теплостойкость, морозостойкость, стабильные механические параметры при эксплуатации- отсутствие трещин и т.д. Для повышения теплопередачи и уменьшения стоимости в заливочную массу вводят специальные наполнители. Наиболее подходящим компаундом является кремнийорганический, который значительно повышает надежность электромагнита и при нагреве практически не происходит падение сопротивления изоляции.

Для питания электромагнитов наша промышленность выпускает различную аппаратуру управления. В настоящее время продолжается выпуск контакторных системы управления (типа ПМС), которые имеют в своем составе силовые контакторы для коммутации электромагнита, разрядное сопротивление для ограничения перенапряжения при размагничивании. Они имеют высокие массогабаритные показатели, низкую надежность работы грузоподъемных электромагнитов (при повреждении разрядного сопротивления и при нарушении цепей коммутации электромагнита и разрядного сопротивления), не обеспечивают регулирование тока, требуют дополнительного источника напряжения 220В постоянного тока, на обмотке возникают перенапряжения до 2000В при каждом отключении. Выпускаются также контакторно-полупроводниковые системы управления с питанием от сети переменного тока 380В, с возможностью регулирования тока через электромагнит, однако они не лишены некоторых недостатков контакторных систем управления.

Наиболее передовые в данной отрасли предприятия выпускают чисто полупроводниковые (тиристорные) преобразователи напряжения с питанием от сети переменного тока 380В, которые обеспечивают рекуперацию электромагнитной энергии при отключении электромагнита в питающую сеть (что уменьшает время размагничивания, ограничивает перенапряжение на уровне питающей сети, экономит электроэнергию), стабилизируют максимальное выходное напряжение на уровне 220-230В (что повышает надежность работы), имеют возможность форсировки напряжения при включении до напряжения питающей сети (что уменьшает время нарастания тока в электромагните и повышает производительность труда), обеспечивают регулирование тока (в том числе и дистанционно), осуществляют перемагничивание магнитопровода для полного отпадания груза, имеют низкие массогабаритные и ценовые показатели, рассчитаны на подключение любых типов выпускаемых электромагнитов, устанавливаются в кабину крана. Современные преобразователи напряжения имеют дополнительные функциональные возможности: контроль параметров нагрузки (обрыв кабеля нагрузки, межвитковых замыканий в катушке электромагнита), контроль токов утечки в цепи нагрузки, контроль цепи размагничивания, цифровую индикацию параметров (напряжение , ток), звуковую сигнализацию возникновения аварийных ситуаций. Определяющим фактором надежности работы преобразователя является значение максимально допустимого ударного тока применяемых силовых тиристоров, так как при возникновении замыкания в нагрузке и срабатывания электронной защиты ток через тиристор прекращается только в конце полупериода частоты питающей сети, а величина тока ограничена только сопротивлением кабеля питающей сети и мощностью трансформаторной подстанции.

При эксплуатации грузоподъемных магнитов необходимо постоянно следить за их техническим состоянием и работать только с плотно закрепленной крышкой клеммной коробки для исключения затекания воды, попадание которой через клеммник к катушке резко снижает электрическую прочность изоляции и сопротивление изоляции, которое можно восстановить, если своевременно провести сушку электромагнита в печи при падении сопротивления изоляции ниже 0,1-0,5 МОм. Для питания электромагнитов рекомендуется использовать тиристорные преобразователи напряжения, обеспечивающие стабилизацию максимального напряжения на электромагните и осуществляющие контроль за его состоянием и, соответственно, повышающие надежность работы и срок его службы.

В заключение можно сказать, что производство подъемных электромагнитов и преобразователей напряжения, обладающих высокими техническими параметрами и высокой надежностью в работе, возможно лишь на предприятиях, ведущих поиск по их улучшению, имеющих длительный опыт в проектировании и изготовлении данного оборудования, современную испытательную базу, применяющих прогрессивные технологии и материалы с высокими техническими характеристиками.

С уважением,
ведущий инженер-конструктор ООО “Димет-М” Анферов А.П.