基于pwm技术开关电磁阀流量特性研究

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1、２０１６年４月机床与液压Ａｐｒ?２０１６第４４卷第８期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ?４４Ｎｏ?８ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ?ｉｓｓｎ?１００１－３８８１?２０１６?０８?０２０基于ＰＷＭ技术的开关电磁阀流量特性研究蔡胜年，朱亮，庞宝林（沈阳化工大学信息工程学院，辽宁沈阳１１０１４２）摘要：在分析开关电磁阀工作过程的基础上，给出了基于ＰＷＭ技术控制开关电磁阀流量时，根据开关电磁阀的临界频率和截止频率设计ＰＷＭ频率的方法。基于开关电磁阀的电压平衡方程、运动学方程以及流体方程导出了开关电磁阀的临界频率和截止频率的表达

2、式。实验结果表明：利用开关电磁阀模型计算的临界频率和截止频率与实测值基本一致，误差达到了工程设计的标准。并分析了占空比、流量与ＰＷＭ控制频率之间的关系。关键词：开关电磁阀；ＰＷＭ技术；流量特性中图分类号：ＴＫ４２文献标志码：Ｂ文章编号：１００１－３８８１（２０１６）０８－０６２－４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦｌｏｗＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｏｆＳｗｉｔｃｈＳｏｌｅｎｏｉｄＶａｌｖｅＢａｓｅｄｏｎＰＷＭＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣＡＩＳｈｅｎｇｎｉａｎ，ＺＨＵＬｉａｎｇ，ＰＡＮＧＢａｏｌｉｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅ

3、ｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉａｏｎｉｎｇ１１０１４２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｓｗｉｔｃｈｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆＰＷＭｆｒｅｑｕｅｎｃｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｖａｌｖｅ’ｓｃｒｉｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｃｕｔ⁃ｏｆｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｓｇｉｖｅｎ，ｂｙｕｓｉｎｇＰＷＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅｖａｌｖｅ．Ｕｓ

4、ｉｎｇｔｈｅｓｗｉｔｃｈｖａｌｖｅ’ｓｖｏｌｔａｇｅｂａｌａｎｃｅｅｑｕａｔｉｏｎ，ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｆｌｕｉｄｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｃｕｔ⁃ｏｆｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗｅｒｅｇｉｖｅｎ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｒｉｔｉｃａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｃｕｔ⁃ｏｆｆｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｒｅｂａｓｉｃａｌｌｙｔｈｅｓａｍｅｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｖａｌｕｅｓａｎｄｔｈｅｅｒｒｏｒｍｅｅｔｓｅｎ

5、ｇｉｎｅｅｒｉｎｇｄｅｓｉｇｎｓｔａｎｄａｒｄｓ．ＴｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｏｆｔｈｅＰＷＭｄｕｔｙｒａｔｉｏ，ｔｈｅｆｌｏｗａｎｄｔｈｅＰＷＭｆｒｅｑｕｅｎｃｙｗａｓａｎａ⁃ｌｙｚｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｓｗｉｔｃｈｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ；ＰＷＭｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｆｌｏｗｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ开关电磁阀作为一种“机－电－磁－液”转换元型导出临界频率和截止频率的表达式，讨论了它们对件，由于它易于实现开关控制，且具有结构简单、价确定ＰＷＭ频率范围的影响，并通过验证试验验证了格低廉、响应速度快和抗污染能力强等优点，广泛

6、应该方法的实用性。用于食品、医疗卫生、工业自动化等领域，包括自动１开关电磁阀的结构及工作原理封装、定量给料、医药产品粘结等诸多方面。另外，文中使用的开关电磁阀结构简图如图１所示。开关电磁阀作为一种快速流量开关，以ＰＷＭ方式控制流量，还在高压共轨系统、汽油直喷系统以及汽车尾气处理等快速响应控制领域中作为液体定量阀使用。然而，随着系统控制精度要求的不断提高，对开关电磁阀的流量控制性能的要求也越来越高。在频率一定时，可通过改变驱动电压ＰＷＭ控制信号的占空比，来实现开关电磁阀的流量比例功能；然而，对于一个既定的开关电磁阀来说，如何确定其合适

7、的控制频率范围，对研究开关电磁阀的占空比－流量比例性能具有实际意义，这不仅有助于实现开关电磁阀的精准控制，还对增大其线性控制区域有指导作用，提高ＰＷＭ电路设计效率。图１电磁开关阀结构简图文中将分析开关电磁阀的工作过程，基于数学模开关电磁阀的工作过程大体可分为以下几个阶收稿日期：２０１５－０１－１４作者简介：蔡胜年（１９５７—），男，博士，从事电磁阀及电磁铁的开发与应用工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｉ５７０７０７＠１２６?ｃｏｍ。第８期蔡胜年等：基于ＰＷＭ技术的开关电磁阀流量特性研究·６３·［１］段：第１阶段（Ｔ～Ｔ），在阀开启前，施加较强

8、ｆ＝１／（ｔ＋ｔ＋ｔ＋ｔ）（１）０１Ｈ１２３４的激励电压，使线圈电流迅速上升到阀芯启动电流在开启死区时间ｔ内，阀芯静止，因阀芯运动１Ｉｏｎ，确保阀芯在较短的时间内获得较大的电磁力，从而产生的运动电动势为０，且磁路处于线性阶段，线而使阀