比例电磁铁综述-完整版.doc

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1、1.比例电磁铁的结构原理比例电磁铁结构主要由衔铁、导套、极靴、壳体、线圈、推杆等组成。其工作原理是：磁力线总是具有沿着磁阻最小的路径闭合，并有力图缩短磁通路径以减小磁阻。图1比例电磁铁的结构动子由两种不同的材料组成，中间的是导磁材料(电磁纯铁—中间开孔)，左边的推杆导磁，右边的推杆非导磁。动子由油布轴承支承，推杆用以输出力。为了动子可以左右运动，在左端右挡板，在右端装有弹簧组成的调零机构。导套前后两段由导磁材料制成，中间用一段非导磁材料—隔磁环。导套前段和极靴组合，形成带锥形端部的盆形极靴，导套和外筒间配置同心螺线管式控制线圈。外壳采用导磁材料，以形成磁回路。本电磁铁中因

2、为有导套中隔磁环的特殊设计才有了输出力是准恒定的特性。图2隔磁环（焊铜）在一定的位移围，动子的输出力为一准恒定值。根据电磁铁基本工作原理，在动子运动过程中，磁阻会越来越小，动子受力越来越大，不会出现输出力恒定的情况，为了使电磁铁能在一定位移输出近视恒定的力，电磁铁采用结构的特殊—隔磁环就是使动子输出力恒定的原因。当给比例电磁铁控制线圈通入一定电流时，在线圈电流控制磁势左右下，形成两条磁路，一条磁路由前端盖经盆形极靴底部沿轴向工作气隙进入衔铁，穿过导套后段、导磁外壳回到前端盖极靴，产生轴向力；另一条磁路经盆形极靴锥形周边（导套前段）径向穿过工作气隙，再进入衔铁，而后与汇合形

3、成附加轴向力，二者综合得到比例电磁铁输出力相对于衔铁位移的水平特性。图3比例电磁铁的磁路分布产生的端面力为：产生的轴向附加力为：图4不同时刻电磁铁部磁力线分布2.比例电磁铁的工作过程对工作中的电磁铁来说，在通电或断电或一定电流(电压)下动子能快速准确地到达指定位置，但实际上由于存在电感和动子质量，或负载的原因，使得动子的运动过程变得复杂。电磁阀吸合运动过程可分为两个阶段:吸合触动时间t1和吸合运动时间t2，t1是从线圈得到电压起到电流按指数曲线增至吸合电流为止的过程，在此过程中衔铁尚未运动，这段时间是由于电与磁的惯性引起的滞后时间，取决于电磁铁的结构、材料、线圈电压、电感

4、的大小和弹簧预紧力大小；进入t2阶段后，吸力大于预紧力，衔铁开始运动，电流变化规律就比较复杂:由于工作气隙在衔铁运动过程中逐渐减小，使线圈电感逐渐增大并产生反电势，它与线圈自感电势一起，共同阻止线圈电流的增长，致使线圈电流增大到一定程度后不仅不再增大，反而有减小趋势，直到衔铁闭合，工作气隙不再变化，反电势为零，电流按新的指数曲线上升至稳态电流。这段时间取决于阀芯所受的各种阻力。对于电磁阀的释放过程，如果忽略磁导体中涡流的影响，当线圈信号切除后，电流立即降为零，衔铁随即开始运动，故其释放触动时间接近于零，远较吸合触动时间短。图5电磁铁的电流曲线图6（不同电流下）比例电磁铁的

5、力——位移曲线电磁力的大小为，与线圈匝数平方成正比，与气隙间隙平方成反比。在电磁阀其它结构参数和驱动电流以及气隙宽度大小相同时，线圈匝数越多，气隙的磁场强度就越强，则气隙磁感应强度也越大，电磁吸力也就越大。但实际上线圈匝数不是越多越好，随着匝数的增加，会使线圈电感和线圈电阻增大，从而在衔铁吸合初始阶段限制了驱动电流的迅速增大，在释放过程中使电流衰减速度变慢。电磁阀气隙宽度包括衔铁工作行程和残余间隙宽度两个部分。当衔铁完全开启时，此时气隙宽度等于衔铁工作行程和残余间隙宽度之和。当衔铁完全吸合时，气隙宽度等于残余间隙宽度。随着气隙宽度的增大，将使电磁吸力减小。衔铁工作过程中，

6、气隙宽度减小，有利于电磁阀的打开。在残余间隙不变的前提下，如果衔铁工作行程增加，则在关闭过程和重新打开过程的时间增加，电磁力增加速度平缓，电磁阀的动态特性变差。同时，驱动电路的形式及参数直接决定线圈电流波形，并极大地影响电磁阀的响应速度。驱动电压为24V时，电磁阀响应时间为0.4ms，当驱动电压为48V时，电磁阀响应时间为0.25ms，驱动电压的升高对电磁阀的响应速度有着明显的影响。不过，驱动电压从48V到100V之间，响应时间的提高率为o.02ms/2OV，驱动电压从100V提高到120V，响应时间缩减的幅度更小了，仅为0.01ms。图7不同电磁铁工作特性曲线3.比例电

7、磁铁试验台测控系统系统主要由工业机、数据采集单元、输出制单元、传感器和比例阀测试试验台等组成。工控机是整个测试系统的主控机它通过人机界面接收用户指令，并根据试验容选择相应的程序进行数据采集处理、显示、打印和输出指令信号控制比例阀测试试验台的动作。传感器单元括三个压力传感器和两个位移传感器，负责将表征被测系统的物理量转化为标电信号，送入数据采集卡进行显示或处理。输出控制单元包括4路数字量输出1路模拟量输出，负责将工控机的指令信号进行转换和放大，最终控制比例阀验台的执行元件。图8试验台测控系统的组成图9比例电磁铁测试装置4.比例电