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0.1 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0.2 不带位移反馈比例电磁铁位移——力特性图0.3 不带位移反馈比例电磁铁电流——力特性图0.4 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。

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。

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。

什么是电磁铁
安阳市华阳电磁铁制造有限公司
电磁铁顾名思义就是通电能产生电磁的一种装置，内部带有铁芯的通电螺线管叫电磁铁。

当在通电螺线管内部插入铁芯后，铁芯被通电螺线管的磁场磁化。

磁化后的铁芯也变成了一个磁体，这样由于两个磁场互相叠加，从而使螺线管的磁性大大增强。

为了使电磁铁的磁性更强，通常将铁芯制成蹄形。

但要注意蹄形铁芯上线圈的绕向相反，一边顺时针，另一边必须逆时针。

如果绕向相同，两线圈对铁芯的磁化作用将相互抵消，使铁芯不显磁性。

另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。

这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。

电磁铁的铁芯不能用钢制做。

否则钢一旦被磁化后，将长期保
持磁性而不能退磁，则其磁性的强弱就不能用电流的大小来控制，而失去电磁铁应有的优点。

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。