比例电磁铁工作原理
比例电磁铁
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。
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。
比例电磁阀的工作原理
比例电磁阀的工作原理
比例电磁阀是一种在一个固定的位置上改变控制电流大小的元件，可以控制执行机构的运动速度。
它的基本工作原理是：当电磁阀通电时，电磁力把阀芯向下推，阀芯在弹簧力的作用下打开，阀口被打开，电磁阀通电，液压油从油口流出来；当电磁阀断电时，电磁力把阀芯向上推，阀芯在弹簧力的作用下关闭，液压油从油口流出。
比例电磁阀主要由阀体、线圈、弹簧、密封圈及接头等组成。
工作时，通电后的电磁阀在弹簧力的作用下打开或关闭；断电后电磁阀又被电磁力推动打开或关闭。
当执行机构运动时，电磁铁中的线圈通电流，产生磁场使活塞上下移动；当活塞移动到行程开关所指位置时，电磁铁失去磁场而使弹簧力解除，活塞自动回到原来位置；当活塞回到行程开关所指位置时电磁铁又通电，使线圈通电流产生磁场使活塞又被上推或下推。
如此反复动作。
比例电磁阀具有结构简单、使用方便、成本低等优点。
目前在工业生产中应用较多，一般常用于液压系统中的调压、节流和换向等控制元件。
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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。
比例电磁铁工作原理
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。
第二章 比例电磁铁
2.2.1
图2-2普通螺线管型电磁铁
1.非工作间隙；2.工作间隙；3.外壳；4.激磁线圈；5.档铁；6.衔铁
普通甲壳型螺线管电磁铁如图2-2所示，由外壳3、挡铁5、衔铁6、激磁线圈4组成。当线圈通有直流电I时，线圈便在铁芯中产生磁场，并形成闭合的磁力线路。电磁铁存在两个气隙，一个工作气隙2，另一个非工作气隙1。在电磁铁吸合过程中形成两个变化的磁通，即主磁通∮和变化的磁通∮L。衔铁6所受到的吸力主要由两部分组成。主磁通产生的力称为端面力，而漏磁通产生的力称为螺管力。对图示结构这两个力的方向是一致的。这两个力的合力就构成了总的电磁力。
位置调节型比例电磁铁在比例方向阀和比例流量阀上，可控制阀口开度，用在比例压力阀上，可获得精确的输出力。这种比例电磁铁具有很高的定位精度，负载刚度大，抗干扰能力强。由于这类比例电磁铁是一个位置反馈系统，故要与配套的比例放大器一起使用。
（1）位置调节型比例电磁铁结构图
图2-12位置调节型比例电磁铁结构图
（6）能承受液压系统高压，抗干扰性好。
(4)比例电磁铁的概述
a.比例控制的核心是比例阀。比例阀的输入单元是电－机械转换器，它将输入信号转换成机械量。
b.比例电磁铁根据法拉第电磁感应原理设计,能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与输入电信号(电流)的大小成比例，再连续地控制液压阀阀芯的位置，实现连续地控制液压系统的压力、方向和流量。
(2-1)
式中B0——等效气隙处的磁感应强度（T）；
S0——等效气隙端面积（m2）；
μ0——空气导磁率，其值为（H/m）。
（2）磁势方程
磁势方程反映了电磁铁正常工作时所需要的激磁势值，利用磁势方程可求出线圈所需要的激磁安匝数：
(2-2)
式中Rp,Rg——气隙磁阻和导磁体磁阻。
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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。
比例电磁铁的分类
比例电磁铁的类型按照工作原理主要分为如下几类:
(1)力控制型
这类电磁铁的行程短, 输出力与输入电流成正比, 常用在比例阀的先导控制级上；
(2)行程控制型
由力控制型加负载弹簧共同组成, 电磁铁输出的力先通过弹簧转换成输出位移, 输出位移与输入电流成正比, 工作行程达3mm, 线性好, 可以用在直控式比例
阀上；
(3)位置调节型
衔铁的位置由传感器检测后, 发出一个阀内反馈信号, 在阀内进行比较后重新调节衔铁的位置。
在阀内形成闭环控制, 精度高, 衔铁的位置与力无关。
精度高的比例阀如德国的博世、意大利的阿托斯等都采用这种结构。
比例电磁铁应满足的要求
(1) 具有水平吸力特性，即输出的机械力与电信号大小成比例，与衔铁位移无关，能把电气信号按比例地、连续地转换成机械力输出给液压阀；
(2) 有足够的输出力和行程，结构紧凑，体积小；
(3) 线性好，死区小，灵敏度高；
(4) 动态性能好，响应速度快；
(5) 比例阀在长期工作中，其温升不得超过要求。
在允许温升下能稳定工作；
(6) 能承受液压系统的高压，抗干扰性好；
对于以上这些要求，很多情况下难以同时得到满足，这时应根据具体应用场合加以考虑。
对某些应用场合，可能输出的有效作用力及行程最为重要。
比例电磁铁的结构
比例电磁铁结构如上图，它由线圈、衔铁、推杆、外壳等组成。
当有信号输入线圈时, 线圈内磁场对衔铁产生作用力, 衔铁在磁场中按信号电流的大小和方向成比例、连续地运动, 再通过固连在一起的销钉带动推杆运动, 从而控制滑阀阀芯的运动。
比例电磁铁的位移－力特性
比例电磁铁是一种湿式直电磁铁，普通电磁换向阀所用电磁铁只要求有吸合和断开两个位置，并且为了增加电磁吸引力，磁路中几乎没有气隙，而比例电磁铁根据电磁原理，在结构上进行特殊设计, 使之形成特殊的磁路（这种磁路在衔铁的工作位置上磁路中必须保证一定的气隙），以获得基本的吸力特性，即水平的位移－力特性，能使其产生的机械量(力或力矩和位移)与衔铁的位移无关，而与输入电信号(电流) 的大小成比例。
这个水平力再连续地控制液压阀阀芯的位置，进而实现连续地控制液压系统的压力、方向和流量。
由于比例电磁铁可以在不同的电流下得到不同的力(或行程) , 因此可以无级地改变压力、流量。
其原理见下图：
比例电磁铁的特性
比例电磁铁位移－力特性的实现原理
比例电磁铁的磁路在工作气隙附近被分为两个部分，其中的一部分沿轴向穿过工作气隙进入极靴，产生端面力Fm1；而另一部分穿过径向间隙进入导套前端，产生轴向附加力Fm2。
两者的综合就得到了比例电磁铁的水平位移－力特性。
该特殊形式磁路的形成，主要是由于采用了隔磁环节结构，构成了一个带锥形周边的盆形极靴。
比例电磁铁电流－力特性
由于本设计中用的比例电磁铁是力控制型，这种比例电磁铁的衔铁工作在有效行程区域内时，改变控制线圈的电流，可调节输出电磁力的大小。
由于在比例放大器中设置了电流负反馈环节，在电流设定值恒定不变时，即使磁阻变化，也可使电磁力保持不变。
下图为相应的电流－力特性曲线。
图比例电磁铁的电流－力特性曲线
对比例阀的性能指标的分析
静态性能指标
(1)滞环电液比例阀的输入电流在正负额定值之间作一次往复循环时，同一输出
值(压力或流量)对应的输入电流存在差值△I。
通常规定差值中的最大值与额定电流的百分比为电液比例阀的滞环误差。
滞环误差越小，电液比例阀静态性能越好，一般允许最大滞环误差为7％。
(2)线性范围及线性度为了保证电液比例阀输出的流量或压力与输入的电流成正比变化，一般将压力――电流、流量――电流的工作范围取在特性曲线的近似直线部分，这个工作范围称为电液比例阀的线性范围。
线性度是指线性范围内特性曲线与直线的最大位移相对于额定输入电流的百分比。
选择电液比例阀时，应选线性范围宽及线性度小的阀。
(3)分辨率电液比例阀输出的流量或压力发生微小变化(△Q或 p)时，所需要的输入电流的最小变化量与额定输入电流的百分比称为分辨率。
分辨率小，静态性能好，但分辨率不能过小，否则会使阀的工作不稳定。
(4)重复精度在某一压力或流量下重复输入电流，多次输入电流的最大差值与额定输入电流的百分比称为重复精度。
重复精度越小阀的性能越好。
动态性能指标
(1)阶跃响应当给定的输入电流为阶跃信号时，输出的压力或流量达到稳定状态所需的时间称为阶跃时间，它的大小反映了比例阀动作的灵敏度。
阶跃时间一般应小于0.45s。
所谓稳定状态系指输出信号大于调定值的98％的工况。
(2)频率响应当加入频率为ω的正弦扰动时，在稳定状态下输出和输入的复数比值关系称为频率响应。
电液比例阀的频率响应定义在增益为-3db、滞后相位角为-45°处，该处的频率越高，阀的性能越好。
国产阀一般为4Hz
结论
电液比例控制技术是一门起步较晚，但发展极为迅速、应用已相当广泛的机电液一体化综合技术。
今天，电液比例控制技术以其一系列优点在工业中应用已经相当普遍，在新系统设计和旧设备改造中正成为用户的重要选择方案，对提高企业的技术专装备水平和设备的自动化程度，发挥了极为重要的作用。
电液比例控制技术一个发展趋势是与电液伺服技术技术的密切结合，产生所谓的电液比例伺服技术。
当今工业界的一个极为重要的发展趋势是机、电、液一体化，相应的机电液一体化技术将体现到一个国家的综合国力水平，甚至关系到国防实力，各国如果没有认清这一趋势，不予以高度重视，将在这一领域内迅速落伍，并可能在未来的综合国力较量中落于下风。