比例电磁铁
比例电磁铁概述
比例电磁铁概述比例电磁铁作为电液比例控制元件的电一机械转换器件，其功能是将比例控制放大器输给的电流信号转换成力或位移。
比例电磁铁推力大、结构简单，对油质要求不高，维护方便，成本低廉，衔铁腔可做成耐高压结构，是电液比例控制技术中应用最广泛的电一机械转换器。
比例电磁铁的特性及工作可靠性，对电液比例控制系统和元件具有十分重要的影响，是电液比例控制技术关键部件之一。
电液比例控制技术对比例电磁铁提出了一定的要求，主要有:1)水平的位移一力特性，即在比例电磁铁有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定。
2)稳态电流一力特性具有良好的线性度，较小的死区及滞回。
3)阶跃响应快，频响高。
比例电磁铁的结构和工作原理虽然目前国内外市场中比例电磁铁的品种繁多，但其基本的结构和原理大体相同。
图1所示即为一典型的耐高压比例电磁铁的基本结构。
图1 比例电磁铁结构图图2比例电磁铁力-位移特性图由图1可知，典型的耐高压比例电磁铁主要由导套、衔铁、外壳、极靴、线圈、推杆等组成。
导套前后两段为导磁材料，中间则用一段非导磁材料(隔磁环)焊接。
导套具有足够的耐压强度(约可承受35MPa的静压力)。
导套前段和极靴组合，形成带锥型端部的盆型极靴，其相对尺寸决定了比例电磁铁稳态特性曲线的形状。
导套和壳体之间配置同心螺线管式控制线圈。
衔铁的前端装有推杆，用以输出力或位移;后端装有弹簧和调节螺钉组成的调零机构，可以在一定范围内对比例电磁铁特性曲线进行调整。
比例电磁铁一般为湿式直流控制，与普通直流电磁铁相比，由于结构上的特殊设计，使之形成特殊的磁路，从而使它获得基本的吸力特性，即水平的位移一力特性，与普通直流电磁铁的吸力特性有着本质区别。
比例电磁铁的磁路，在工作气隙附近被分成两部分Φ1和Φ2，如图３(a)所示。
其中，一条磁路中Φ1由前端盖盆型极靴底部，沿轴向工作气隙，进入衔铁，穿过导套后段和导磁外壳回到前端盖极靴，产生轴向推力(端面力)F1;而另一磁路Φ2经盆型极靴锥形周边(导套前段)，径向穿过工作气隙进入衔铁，而后与Φ1汇合，产生轴向附加力F2。
比例电磁铁
比例电磁铁
比例电磁铁是一种能够按照一定的比例来产生电磁力的装置。
这种类型的电磁铁通常由绕组、铁芯和电源组成。
绕组是一个由导线制成的线圈，通常绕在一个铁芯上。
当电流通过绕组时，会产生一个磁场。
磁场的强度与电流的大小成正比。
铁芯的作用是增强磁场的强度。
铁芯通常由铁制成，因为铁具有较高的磁导率，能够有效地集中和增强磁场。
电源提供了电流给绕组，从而产生磁场。
电源可以是直流电源或交流电源，具体取决于应用需求。
比例电磁铁的原理是根据安培定律，电流通过绕组时会产生一个磁场，磁场与电流的关系为磁场强度等于电流乘以绕组的匝数。
因此，通过控制电流的大小和绕组的匝数，可以实现按照一定比例来产生电磁力。
比例电磁铁在工业和科学研究领域有广泛的应用。
例如，它可以用于控制和调节机械系统的运动，如电磁阀、电磁刹车等。
此外，比例电磁铁还可以用于制造精密仪器和设备，如电流表、磁力计等。
比例电磁铁与普通电磁铁的区别【范本模板】
一、比例电磁铁产生一个与输入变量成比例的力或位移输出液压阀以这些输出变量力或位移作为输入信号就可成比例地输出流量或压力这些成比例输出的流量或压力输出对于液压执行机构或机器动作单元而言意味着不仅可进行方向控制而且可进行速度和压力的无级调控─同时执行机构运行的加速或减速也实现了无级可调如流量在某一时间段内的连续性变化等。
二、比例电磁铁必须具有水平吸力特性,即在工作区内，其输出力的大小只与电流有关，与衔铁位移关，若电磁铁的吸力不显水平特性，弹簧曲线与电磁力曲线族只有有限的几个交点，这意味着不能进行有效的位移控制.在工作范围内,不与弹簧曲线相交的各电磁力曲线中,对应的电流在弹簧曲线以下，不会引起衔铁位移;在弹簧曲线以上时，若输出这样的电流，电磁力将超过弹簧力，将衔铁一直拉到极限位置为止。
相反，若电磁铁具有水平特性，那么在同样的弹簧曲线下，将与电磁力曲线族产生许多交点。
在这些交点上,弹簧力与电磁力相等，就是说，逐渐加大输入电流时，衔铁能连续地停留在各个位置上。
三、比例阀，又称电液比例阀，是一种介于通断控制与伺服控制之间的新型电液控制元件。
是根据电信号连续的、按比例地控制液压系统中的压力、流量、方向，并可以防止液压冲击。
由于其结构设计、工艺性能、使用价格都介于通断控制元件和伺服控制之间，近年来得到广泛应用。
控制原理:当电信号输入其电磁系统中，便会产生与电流成比例的电磁推力，该推力控制相应元件和阀芯，导致阀芯平衡系统调定的压力，使系统压力与电信号成比例。
如输入电信号按比例或一定程序变化,则系统各参数也随着变化.比例阀一般采用两端承压面积不等的差径活塞结构。
工作原理如图12-9所示，比例阀不工作时,差径活塞2在弹簧3的作用下处于上极限位置。
此时阀门1保持开启,因而在输入控制压力P1与输出压力P2从零同步增长的初始阶段，总是P1=P2.但是压力P1的作用面积为A1=π（D2-d2）/4，压力阀的作用面积为A2=πd2/4，因而A2〉A1，故活塞上方液压作用力大于活塞下方液压作用力.在P1、P2同步增长过程中当活塞上、下两端液压作用之差超过弹簧3的预紧力时，活塞便开始下移。
比例电磁阀工作原理
比例电磁阀工作原理
比例电磁阀是一种通过改变电磁铁的输入电流来控制阀门的开度的装置。
它通过电磁铁的磁场作用于阀门，使阀门的开度与电磁铁的输入电流成正比。
具体工作原理如下：
1. 电磁铁：比例电磁阀的核心部件是电磁铁，它由线圈和铁芯组成。
当通过线圈通入电流时，电流在线圈中产生磁场，磁场作用于铁芯上，使铁芯受到吸引力或排斥力。
2. 阀门结构：比例电磁阀通常具有一个阀芯和阀座，阀芯可以根据磁场的变化来调整与阀座之间的间隙，从而控制流体的流量。
3. 控制电路：比例电磁阀的控制电路通过改变输入电流的大小来调整电磁铁的磁场强度。
根据电流的变化，电磁铁的磁场强度也随之变化，进而改变阀门的开度。
4. 反馈信号：为了保证阀门开度与输入电流之间的精确关系，比例电磁阀通常还配备有反馈传感器。
该传感器可以实时监测阀门的开度，并将阀门开度的反馈信号发送给控制电路，以进行调整。
总体上，比例电磁阀通过电磁铁的磁场作用于阀门，通过控制电路调整电磁铁的输入电流来改变阀门的开度，从而实现对流体流量的精确控制。
通过反馈传感器，可以实时监测和调整阀门的开度，以满足不同工况下的需求。
比例电磁铁
1、比例电磁铁电液比例控制技术对比例电磁铁提出了一定的要求，主要有：a)水平的位移力特性，即在比例电磁铁有效工作行程内，当线圈电流一定时，其输出力保持恒定。
b)稳态电流——力特性具有良好的线性度，较小的死区及滞回。
c)阶跃响应快．频响高。
1.1 结构与水平吸力特性图1.1 耐高压直流比例电磁铁的结构和特性a)传统电磁铁的吸力特性；b)比例电磁铁的特性的形成——2种吸力特性的叠加；c)形成2种吸力特性的结构因素——隔磁环；d)分3个区段——用小隔磁环来消除第1区段，第2区段为水平吸力区，第3区段为辅助工作区；e)调零弹簧对输入输出特性的影响；f)电磁铁工作状态:湿式,耐高压,动铁前后通油孔改善动态特性。
1.2 稳态控制特性图1.2 不带位移反馈比例电磁铁位移——力特性图1.3 不带位移反馈比例电磁铁电流——力特性图1.4 带位移闭环的比例电磁铁的稳态特性1.3 力控制型与位置控制型：结构与特性的对比力控制型——与输入信号成比例的是输出力；位置控制型——与输入信号(电压)成比例的不是输出力!而是动铁位移（具体力的大小由负载需要定——在最大吸力之内）行程调节型——力控制性的变种（由弹簧转化为位移） 比较关系如下表：结构输入输出特性使用 力控制型 电流--- 输出力 输出力只与输入电流成正比工作区内与衔铁位移无关行程较短，用于先导级行程控制型 力控制型+负载弹簧，结构完全相同，只是使用上的区别电流--力----位移输出位移与输入电流成正比 输出行程较大，多用于直控阀 位置调节型力控制型+位移传感器，增加了动铁位置小闭环电流--- 衔铁位置衔铁位置与输入电流成正比与所受反力无关*有动铁位置反馈闭环 *用于控制精度要求较高的直控阀1.4 结构对性能的影响a) 动铁的阻尼通道； b) 反比例；c) 双向激励线圈，湿式，双向输出,无零位死区； d) 排气。
举例某电磁铁的规格如下表：电磁铁规格 035 045 060 新发展输出力 N 55 75 135 行程 mm 2+2 3+3 4+4额定电流 mA 680 810 11102500--3700常态电阻 Ω 24.6 2116.7电压V24。
单片机的比例电磁铁控制技术
单片机的比例电磁铁控制技术比例电磁铁作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统中；比例电磁铁的推力大，结构简单，维护方便，成本低廉，是应用非常广泛的电—机械转换器[1]；比例电磁铁的特性及工作的可靠性，对于整个控制系统具有十分重要的影响，是决定控制系统品质的关键部件之一。
"比例电磁铁作为电—机械转换元件，其功能是将比例控制放大器输给的电流信号，转换成位移或者力信号输出。
比例电磁铁适用于直流电压为24V比例控制放大器的控制线路中，作为连续地、按比例地控制系统执行元件的运动、速度和方向的动力元件。
比例电磁铁在其额定行程范围内的推力与通入其线圈的电流成正比，可在其他需要作用力自动控制的装置上作为线性动力元件，如自动油门控制等。
当电磁铁与单片机一起构成一个自动控制系统时,由于电磁铁的工作电压较高,工作电流较大，因此单片机与比例电磁铁之间接口电路的设计是一个关键。
随着微电子技术和计算机技术的发展，比例电磁铁的需求量与日俱增，在各个控制领域都有应用。
下面介绍比例电磁铁的控制技术。
1PWM驱动的基本原理及特点PWM（PulseWidthModulation,脉冲宽度调制）技术是利用半导体开关器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期来达到变压、变频目的的一种控制技术[2]。
也就是用脉冲宽度不等的一系列等幅值的矩形脉冲去逼近一个所需要的电流或电压信号。
PWM驱动电路，是广泛应用于高精度控制系统的驱动形式。
这种电路能够实现宽范围的速度和位置控制，较之常规驱动方式具有无可比拟的优点。
PWM 驱动电路线路简单、快速性好、线性度好、效率高的优点，使其广泛应用于测量、通信、功率控制与变换的许多领域中。
本设计利用PWM驱动电路所需大功率可控器件少、调速范围宽、快速性好、效率高，功耗低的特点，用C8051F005单片机直接输出的PWM信号经过驱动电路，然后配合合适的控制算法（PID算法或模糊控制算法等）去控制比例电磁铁，可实现离合器的精确控制，对于电控离合器控制系统的研究有很好的参考价值。
液压比例阀比例电磁铁的工作原理简介
液压比例阀比例电磁铁的工作原理简介比例电磁铁前面多次提到过在比例阀中占很重要地位的驱动控制部分――将电信号转换为位移信号的电- 机械转换器。
那么此节将对它作一个详细的介绍。
液压控制系统中最主要的被控参数是压力与流量，而控制上述两个参数的最基本手段是对流阻进行控制。
一种控制流阻的技术途径是直接的电液转换。
它是利用一种对电信号有粘性敏感的流体介质一电粘性液压油，实现电液粘度转换，从而达到控制流阻、实现对系统的压力和流量控制的目的。
显然，这种流阻控制方式更为简便，它无需电－机转换元件。
但是目前这种技术还未达到实用阶段和要求。
目前生产技术上能实现的可控流阻结构形式是通过电-机械转换器实现间接的电-液转换。
将输入的电信号转换成机械量。
这种电-机械转换器是电液比例阀的关键组件之一，它的作用是把经过放大后的输入信号电流成比例的转换成机械量。
根据控制的对象或液压参数的不同，这个力或者传给压力阀的一根弹簧，对它进行预压缩，或者输出的力、力矩与弹簧力相比较，产生一个与电流成比例的小位移或转角，操纵阀芯动作，从而改变可控流阻的液阻。
可见，电一机转换器是电液比例阀的驱动装置。
它的静态，动态特性对整个比例阀的设计和性能起着重要的作用。
电- 机械转换器分类a. 按其作用原理和磁系统的特征分，主要有：电磁式、感应式、电动力式、电磁铁式、永磁式、极化式；动圈式、动铁式；直流、交流。
b. 按其结构形式和性能分，主要有：开关型电磁铁、比例电磁铁、动圈式马达、力矩马达、步进电动机等。
比例电磁铁本设计属于电液比例阀一大类，顾名思义其应用的电- 机械转换器应是比例电磁铁。
比例电磁铁的功能是将比例控制放大器输出的电信号转换成力或位移。
比例电磁铁推力大，结构简单，对油液清洁度要求不高，维护方便，成本低，衔铁腔可做成耐高压结构，是电液比例控制元件中广泛应用的电- 机械转换器件。
比例电磁铁的特性及工作可靠性，对电液比例控制系统和元件的性能具有十分重要的影响，是电液比例控制系统的关键部件之一。
比例电磁铁力特性的有限元分析的开题报告
比例电磁铁力特性的有限元分析的开题报告一、研究背景及意义电磁铁作为一种重要的电磁器件，在电力、通信、机械等领域广泛应用。
其中，比例电磁铁是一种特殊的电磁铁，以其体积小、结构简单、响应速度快等特点，逐渐成为一些应用领域中的主要电磁元器件。
而比例电磁铁在工作过程中，需要具有稳定可靠、响应速度快的特点，因此研究比例电磁铁的力特性对其精确控制具有重要意义。
有限元分析作为一种电磁铁设计的常用方法，可以通过电磁场、力学等多学科知识的综合应用，快速准确地分析电磁铁的力特性，为优化电磁铁的设计提供依据和参考。
本研究旨在通过有限元分析，探索比例电磁铁力特性随工作参数变化的规律，为比例电磁铁的精确控制提供理论支持。
二、研究内容和方案本研究将采用有限元分析的方法，建立比例电磁铁的电磁场有限元模型，并通过磁场及力学分析，得到比例电磁铁受力特性与工作参数之间的关系。
1.建立模型（1）建立比例电磁铁的三维有限元模型，包括磁芯、绕组以及磁头等部分。
（2）确定边界条件，包括电流激励、磁场约束等。
2.分析磁场分布（1）计算电磁铁的磁场分布，在不同工作参数下分析比例电磁铁的磁场分布规律。
（2）分析磁芯、绕组等因素对磁场分布的影响。
3.分析电磁铁力特性（1）基于有限元模型和磁场分布，计算比例电磁铁的受力情况。
（2）通过不同工作电流、绕组匝数等因素，在比例电磁铁力特性变化规律上进行分析。
4.模型验证通过实验验证比例电磁铁力特性与有限元模型的分析结果之间的一致性和可靠性。
三、拟采用的方法和技术本研究采用的主要技术包括：1.有限元分析方法，利用计算机软件建立电磁铁的三维有限元模型，并进行磁场、力学分析。
2.电磁场分析技术，用于分析比例电磁铁在不同工作参数下的电磁场分布。
3.磁路分析技术，用于计算比例电磁铁的磁通、磁阻等参数。
4.实验测试技术，用于验证有限元分析模型的准确性和可靠性。
四、拟解决的关键问题本研究拟解决的关键问题包括：1.比例电磁铁磁场分布的规律性和其受工作参数影响的关系。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
比例电磁铁的结构
它的工作范围较窄， 仅适用于行程较小 的电液比例压力阀。 工作特性是上图的
曲线3
增加了轭铁1, 减少了漏磁通， 稳
住了螺管力， 因而工作特性 曲线如上图的 曲线3。
锥底结构螺管电磁铁 1-轭铁 2-外壳 3-线圈 4-锥底止座
比例电磁铁的结构
电磁 吸力
盆底止座结构的比例电磁铁 1-衔铁 2-上轭铁 3-底面 4-隔磁环 5-锥面
普通电磁铁与比例电磁铁的静态吸力特性。静态吸力特性 就是在稳态过程中得到的吸力特性。
静态吸力特性只是衔铁无限缓慢移动时的一种特例。
2-比例电磁铁 可以看出：比例电磁铁的 输出电磁力在整个工作行程
内基本上保持恒定。
比例电磁铁在不同输入电流下的力—位移特性曲线， 可见电磁力与输入电流之间的关系是线性关系。
在其工作行程内的任何位置上，电磁力只取决于输入电流。
普通电磁铁的结构
电磁铁在吸合过程中，产生两个磁通：主磁通 和漏磁通L 。衔铁受到的吸力由两部
分构成：主磁通产生端面力，漏磁通产生螺管力。这两个力的方向是一致的（向左）
F螺管力 F端面力
衔铁运动时， 主气隙是不断 减小的，因而 主磁通逐渐增 加，而漏磁通 就不断减小， 也即是螺管力 与端面力之比 不断变化，在 处，漏磁通与 主磁通相比， 其值很小，螺 管力趋于零。
最大输出力为65～80N有效 行程。
力控制型比例电磁铁及其电器控制 1-比例电磁铁 2-给定电位计 3-比例电控器
在用作位置输出控制时 行程为3～5mm。
比例电磁铁的维护
比例电磁铁多数为湿式，也有干式比例电 磁铁，不同厂家的湿式比例电磁铁中耐油 压的程度也不尽相同，多数为耐35 MPa的 静压。
8-衔铁 9-非工作气隙 10-放气螺塞 11-导套 12-调零螺钉
比例电磁铁的控制形式
1、力控制型：就是指给定电流使得衔铁的推 动力发生变化的那种。
2、行程控制型：对衔铁的移动位置进行跟踪。
在作力输出控制 时为1.5mm左右，
在用作位置输 出控制时为 3～5mm。
这种结构是图1—9的改进型 （耐高压直流电磁铁） 一般力控制型比例电 磁铁的最大输出电压为 直流24V， 电流为800mA。
第一章 比例电磁铁
比例电磁铁的概念： 电磁铁(直线力马达)是一种依靠电磁系统产生
的电磁铁的运动过程中，必然要克服机械 负载和阻力而作功。对于普通电磁铁，一 般都要求电磁吸力大于负载反力；
而对于比例式电磁铁，则衔铁处于电磁吸 力与负载反力平衡的状态。只有这样，电 磁铁才能正常工作。
注意看书中的相关说明（P18-19）。
比例阀与伺服阀的比较：
伺服阀
比例阀
早期比例阀
电—机械转 换器 频响（Hz） 零位死区
加工精度
线圈功率 （W） 滞环（%） 体积
使用场合
力马达、力 比例电磁铁 比例电磁铁 矩马达
20—200 30
1-5
无
有
有
μ级
10μ级
10μ级
0.5—5
10—24
10—30
1—3 小 闭环
1—3
4—7
大
大
开环、闭环 开环
的放气螺塞
这种结构使用最为广泛。它输出的力和位移较大 可直接驱动小功率的单级阀。它能承受压力达
35MPa以上。
原理：线圈通电产生磁通 其通路为由衔铁经非 工作气隙9、导套11、 外壳进入前端盖2。 然后分成两路，一路经
盆底，另一路经导套前部， 最后经工作气隙会和于衔
铁8，形成闭合磁路。
图1-9 耐高压比例电磁铁 a)结构图 b)吸力特性图 1-推杆 2-端盖（下轭铁） 3-外壳 4-隔磁环 5-工作气隙 6-线圈 7-地承环
直流螺管式电磁铁的吸力特性 1-平底下止座式 2-岔底止座式 3-锥底止座式
衔铁运动时，主气隙是不断减小的，因而主磁通逐渐 增加，而漏磁通就不断减小，也即是螺管力与端面力 之比不断变化，在处，漏磁通与主磁通相比，其值很 小，螺管力趋于零。于是就导致曲线1中螺管力不断 变化的曲线.
1—普通电磁铁的吸力特性 气隙增大，吸力F减小。
过端盖回到外壳，形成锥面力Fz，衔铁 在运动过程中受到锥面力和端面力 的合力作用，构成了总的电磁吸力，
该吸力在工作区段内比较平坦。即为曲 线2。比例电磁铁的基本要求：具有水 平吸力特性，即电磁吸力与衔铁的行程 无关。
耐高压（指液压力）直流比例电磁铁
电磁铁为湿式，导套有足够的内压 强度（其内部是密封的），有专门
6-盆底极靴（下轭铁）
其磁路为外壳，上轭铁2经气隙δ进入衔 铁，之后分两路，一路Φ1穿过工作气隙 δs进入盆底面，另一路经气隙δ进入盆 底极靴的锥面，最后都进入外壳。因衔 铁被上、下轭铁所包围，衔铁与磁轭之 间的漏磁通仅产生径向力，磁轭与线圈 间的漏磁通产生类似于“螺管力”的力， 但这个力作用在磁轭上。因此，对于衔 铁被导磁体包围的闭式螺管电磁铁，衔 铁上基本没有螺管力存在，可以忽略。 电磁吸力主要是由在盆底极靴处分流的 磁通Φ1和Φ2产生（图1-8）。其中Φ1 沿轴向穿过工作气隙进入盆底产生端面 力Fd，而Φ2穿过盆底锥形周边，再通