低功耗电子脉动器的设计.pdf

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1、第4期总第２38期农业科技与装备Ｎｏ．4ＴｏｔａｌＮｏ．２38２０１4年4月ＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔApr．２０１4低功耗电子脉动器的设计12111李源源，赵德刚，王军，陈蕾，许桢子（1.黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨150081；2.黑龙江信息技术职业学院，哈尔滨150025）摘要：挤奶机脉动器性能的好坏直接影响着挤奶效率、奶牛产奶量及奶站的经济效益。针对现有电子脉动器应用中存在的问题，研制一种节能、可靠性高、运行管理成本低的低功耗电子脉动器，介绍该脉动器的结构设计与工作过程，分析实现低功耗的原理。关

2、键词：电子脉动器；低功耗；结构；设计；原理中图分类号：TM864文献标识码：Ａ文章编号：1674-1161（2014）０4-0019-03挤奶机是实现机械化挤奶的关键设备，而脉动器是挤奶机的核心工作部件，脉动器性能的好坏直接影响着挤奶效率、奶牛产奶量及奶站的经济效益。挤奶脉动器按动力来源可分为电动和气动两种。我国挤奶站长期以来主要使用气动脉动器，而国外已基本淘汰了气动脉动器。电子脉动器由于具有脉动稳定性好、使用寿命长等优点，使用量逐年增加。目前国内使用的电子脉动器大多是进口的，价格比较昂贵，有时还存在供货时间较长、售后服务不及时、配件买不到等问题。此外，早期的进口电子脉

3、动器功耗大，就单通道电磁机构而言，线圈功耗12W/24V（500mA）左右，1.定铁芯；2.线圈；3.动铁芯；4.下腔体；5.弹簧座套；6.反力弹而我国某些偏远农村地区电网电压波动大，电网电压簧；7.真空管道；8.真空通道；9.顶帽；10.阀体；11.大气通道图1低功耗电子脉动器结构示意图低时脉动器不能正常工作，电网电压高时会烧毁脉动Figure1Structurediagramoflowpowerelectronic信号发生器，致使很多奶站不得不另外安装交流稳压pulsator器，但低价位的交流稳压器在潮湿和牛粪沼气等恶劣离为δ。环境下的使用寿命不超过1a。因此，进口

4、电子脉动器当线圈加电时，动铁芯受电磁吸力上抬，将大气在我国的应用存在可靠性差、运行管理成本高的问通道堵塞，开启真空通道，挤奶器奶衬与钢杯之间腔题。为了解决这一问题，研制一种节能、可靠性高、运内的气体随即排出，钢杯腔与奶衬同为真空压，奶衬行管理成本低的低功耗电子脉动器。复原。此时为挤奶工作状态。1低功耗电子脉动器的结构设计动铁芯靠脉动信号发生器驱动，脉动频率一般为低功耗电子脉动器的结构如图1所示。60次/s，大气通道与真空通道交替打开，挤奶工作状2低功耗电子脉动器的工作原理态与休息状态交替完成。脉动器初始状态时，线圈未供电，动铁芯在自身3低功耗实现原理重力和真空压力作用下

5、位于下方，将真空管道堵塞，3.1电磁提升力F与气隙δ阀体内部通过静铁芯阀口以及动铁芯和线圈管壁之由麦克斯韦电磁力计算公式得:间的空隙连通大气，大气通道打开，大气进入挤奶器12奶衬与钢杯之间的腔内，大气压力压迫奶衬变形闭F=BS2μ0合。此时为挤奶休息状态，动铁芯与定铁芯之间的距式中：μ0为真空磁导率；B为气隙磁感应强度；S为磁极截面积。收稿日期：2013-12-24当S为常数时，F与B2成正比。因为φ=BS，φ为作者简介：李源源（1980—），女，工程师，从事农业工程机电设22磁通量，也可以认为F与φ成正比，即F∝φ。计工作。20农业科技与装备２０１4年4月在直流电磁铁

6、工作中，外加电压和线圈电阻不真空排气通道由圆孔形变成圆环形。环形通道截变，则通过线圈的电流为常数，根据磁路定律：面积S环为：22φ=IN=IN=INμ0S221311.8Rmδ（μ0S）δS环=πR-πr=π∝2∝-π∝2∝=7.44π式中：I为线圈电流；N为线圈匝数；δ为气隙长式中：R为环形通道外径；r为环形通道内径。度。圆孔型通道截面积S圆为：则有：F∝B221。2∝φ∝δ225S圆=πr0=π∝∝=6.25π2即电磁吸力F与动铁芯行程δ的平方成反比，吸式中：r0为圆孔型通道半径。力特性为二次曲线形状（如图2所示），表明气隙减小则有：S环＞S圆。时，电磁力增大很多。

7、换句话说，即随着气隙的减小，可见，环形通道截面积比圆孔形通道截面积大，可以减小激励电流而保持电磁吸力不变。完全可以保证气体流量。由于每次排气量一定，在排气通道截面积增大的情况下，阀体动铁芯行程δ将减小，这也降低了电磁线圈功率。电磁线圈功率为P，线圈电流为I，则：P圆I圆δ圆1.8===P环I环δ环0.8已知P圆=12W，故P环=5W，则P环＜P圆，大大降低了电磁线圈功率。图2电磁吸力F与行程δ关系图3.3安装反力弹簧Figure2ThediagramofelectromagneticsuctionFand由于采用环形通道结构，有加装反力弹