第二章直流电磁铁及其典型应用0.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章直流电磁铁及其典型应用,电磁铁是线圈通电后对铁磁物质产生吸力，引起铁磁物质机械运动，把电能转换为机械能的一种电磁元件。线圈通人直流电，称为直流电磁铁。它由衔铁（吸片）、铁芯、线圈和返回弹簧等组成（以拍合式电磁铁为例）。本章重点研究它的原理、特性及其典型应用。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-1,电磁铁磁系统的种类,2-1,电磁铁磁系统的种类,电磁铁磁系统的种类繁多，但若按产生吸力的原理分，大体上可分为三大类型，即拍合式、吸人式和旋转式。,一、拍合式,拍合式电磁铁磁系统如图,2,一,1(a,）所示。,二、吸入式,三、旋转式,旋转式电磁铁磁系统如图,2,一,4,所示。,四、极化电磁铁,一、拍合式,拍合式电磁铁磁系统如图,2,一,1(a,）所示。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-1,电磁铁磁系统的种类,二吸人式电磁铁磁系统如图,2,一,2,所示。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-1,电磁铁磁系统的种类,图,2,一,3,所示为飞机上用来操作扰流片的电磁铁，实际上它就是组合在一起的两个吸人式电磁铁，线圈,1,通电时衔铁向左运动，线圈,2,通电时衔铁向右运动，实现打开扰流片和收起扰流片的操作。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-1,电磁铁磁系统的种类,效果演示,三、旋转式,旋转式电磁铁磁系统如图,2,一,4,所示。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-1,电磁铁磁系统的种类,四、极化电磁铁,1.,工作原理,:,除有线圈产生的,p,以外，还有永久磁铁产生永久磁铁磁通,m1,和,m2,使一个气隙中的,p,与与,m1,同向，而另一个气隙中与,m2,反向，衔铁将向合成磁通大的一边运动显然，线圈的电流方向不同，衔铁的运动方向也不同这类电磁铁是有极性的，称为极化电磁铁。,极化电磁铁的主要特点：,(1),能反应线圈信号的极性，如上所述。在有些变换器中还能做到使衔铁的位移（或转角）正比于信号的大小。,(2),灵敏度高：目前对一般电磁式电磁铁的吸合磁势达,(2.5-3),安匝、吸合功率达,10mw,，这已经算是很高灵敏度了但是极化电磁铁的吸合磁势只需,(0.5-1),安匝，吸合功率只需,(5-10)10,-6,W.,可见极化电磁铁的灵敏度是相当高的。,(3,）动作速度快：由于极化电磁铁的结构特点（线圈尺寸小、吸片可以做得很轻，行程也小），因此可使线圈的机电时间常数很小，其灵敏度很高。某些极化电磁铁的动作时间只有,(1-2)ms,而目前电磁式电磁铁最快的吸合时间也要,(5-10)ms.,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,所谓吸力特性是指衔铁在不同位置且保持线圈电流,I(,或磁动势,F=IN),不变时，作用在衔铁上的电磁吸力,Fem,与工作气隙,间的关系，即,Fem=,(,),；或作用在衔铁上的电磁力矩,Tem,与工作转角,a,之间的关系，即,Tem=,（,a,）为力矩特性。,吸力特性按照能量转换原理进行分析确定是较为方便的，下面将从能量转换原理的思路进行简单介绍。由于电磁铁是利用磁场作媒介，将电能转换为机械能的一种电磁元件，因此它的能量转换过程首先是由电能转换为磁能，然后再由磁能转换为机械能并作功，从而确定吸力特性,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,一、电磁铁中能量的转换,当电磁铁的线圈接入电源后，衔铁上便有磁通，并产生吸力，使衔铁移动而作机械功。,显然，机械功来源于电源，是电源输出能量的一部分下面分析电源能量和机械功的关系，从而确定机电能量转换的关系。,图,2-6,是一个拍合式直流电磁铁原理结构图。当合上开关,K,并保持衔铁不动时，由于电路里有电感，,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,电流不能立即达到稳定值,u/R(u,为电源电压,R,为回路总电阻），而是逐渐增长，并使线圈产生一个自感电势,e,，它们的相互关系如下,u=-e,iR,=d,dt,iR,其中，,=N,为磁链。,当电流增长趋于稳定状态时，磁链也停止增长，自感电势为零，电能转换为磁能结束。,将上式两边乘以,idt,得到在,dt,时间内的能量平衡方程式，即,ui,dt,id,i,2,Rdt,式中：,uidt,为电源供给的能量；,id,必为储藏在磁系统内的能量；,i,2,Rdt,为线圈电阻发热损耗，故储藏在磁系统内的能量为,We=,0,id,=,0,iNd,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,二、吸力计算公式,上面讨论了当电磁铁的衔铁保持不动时，电能和磁能的关系下面进一步讨论衔铁在电磁吸力作用下移动一个距离而做机械功时，电能、磁能和机械之间的转换关系，从而确定吸力。,当气隙为,1,，而线圈磁动势为,i1N1,时，储藏与磁系统内的磁能为,Wc1,而,Wc1=,1,0,iNd,由于,iN,=,Um+U,所以,Wc1=,1,0,Umd,+,1,0,Ud,Wc1,也可以用磁路计算中的图解法所作的局部磁化曲线和气隙磁导线与纵坐标所包围的面积来表示，如图,2,一,7,所示。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,W,c1,S,0B11,+S,AB1b1,当吸片由,1,移动到,2,时，磁系统又从电源中吸取了一部分能量,Wm,，而,W,m,=,2,1,iN,d,S,b1b22,同理，当气隙为,2,时，磁系统内储能为,w,c2,而,W,C2,S0B,22,+S,AB2b2,因此，机械功,W,Wc1+Wm-Wc2,S,0B11,+S,AB1b1,+S,b1b222,S,oB22,S,AB2b2,即 ,WS,AB1B2,另外由图,7,可见：,S,AB1B2,=S,B1DA,-S,B1DB2,而当,=,2,一,1,很小时，面积,B,1,DB,2,相对于面积,B,1,DA,来说为二次无穷小，所以机械功,W,就能近似用三角形,B,1,DA,的面积来表示，即,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,WS,B1DA,=1/2,B,1,D,Ac,1,B1D,C1D,一,C1 B1,AC1,tg,a2,一,AC1,tgal,U12U11U1,W=1/2 U1,上式表示储藏在磁系统内的磁能减少了,W,，这,是因为衔铁在电磁吸力的作用下移动一个距离,作了机械功，,也就是说该机械功是由储藏在磁系统内磁能的变化量,W,转换来的。根据,Fd,=W/,即可确定电磁铁的吸力计算公式。,当,趋向于无限小时，则电磁吸力的计算式为,Fcm,=-1/2U2(d/d)(N)(2-1),式中负号表示,向减小的方向。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,上式也可以用,和,dR/d,来表示。因为,U,=,R,，而,A,=1/R,，,d/d,=-1/R,dR/d,将这些关系代人上式，即得,Fcm,=-1/22(dR/d)(N)(2-2),对于旋转式电磁铁，往往要求的是电磁力矩值,Tcm,，,此时，当吸片旋转,a,弧度时所作的机械功,W=,T.ava,式中,Tw,为,a,弧度内电磁力矩的平均值，所以,Tav,=-W/a,同理可求得电磁力矩的计算公式,Tem=-1/2 U2(d/d)(,N.m,)(2-3),或,Tem=1/2 U2(d/da)(,N.m,)(2-4),式中,a,用弧度来表示。在应用式,(2,一,3),和式,(2,一,4),时,及,R,应表示为,a,的函数关系。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,如果工作气隙不大，可以忽略散磁通，并假定气隙内的磁通分布是均匀的，即假定气隙内的磁通密度,B,为常数，则吸力计算公式就能进一步简化。因为这时,R,=/0S,，而,dR/d,=1/0S,式中,S,为气隙截面积，代人式（,2-2,）即得,Fem=2/20S=B2S/20 (N)(2-5),式中：,B,的单位为,T;,S,的单位为,m2,；,0,1.25 X 10-6 H/mo,如果,B,的单位用,Gs,S,的单位用,cm 2,Fd,的单位为,kg,则式,(2,一,5),改写成下列形式,Fem=(B/5000)2S (Kg)(2-6),或,Fem=(/5000)2(1/,S,)(Kg)(2-7),这个公式通常称为麦克斯韦吸力公式，应用起来很方便，因为不必求气隙磁导的导数。但是，它是在假定,B,为常数的条件下求得的，因此只适用于平行极端面而气隙又较小的情况,效果演示,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,三、典型电磁铁的吸力特性,电磁铁的吸力与其工作气隙的配置、规律,以及铁芯的饱和程度均是相关的工作气隙处磁极的几何形状、电磁铁磁通的分布，因此各种典型电磁铁的吸力计算式和特性也是不同的。下面讨论各种电磁铁的吸力特性。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,1.,拍合式电磁铁,对于如图,2,一,1(a,）所示的吸片绕棱角旋转的,U,形拍合式电磁铁，其工作气隙,中的主磁通对吸片产生吸力。吸片转动时，漏磁通变化不大，因此可以用公式（,2,一,1,）计算吸力。又由于吸片转角,a,和气隙,一般很小，可以近似认为气隙磁导,=,。,S/,，,式中,S,为极靴面积，而,d,/d,=-,。,S/,2,代入式（）得：,Fem=1/2U,2,(,。,S/,2,)(N),为了大致观察一下当,IN=,常数时，吸力特性,Fd,=,(,1,),的变化规律，可忽略铁磁阻和非工作气隙的磁阻，因此,U,就近似等于线圈总磁动势,IN,，即等于常数而不随,变化。此时，,F=c/,2,c,为常数，即符合二次双曲线函数,(y=c/x,2,）的关系，如图,2,一,8,中虚线,1,所示。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,实际上，导磁体内总会有磁阻，所以,U,并不是常数而是随,的减小而减小。因为,减小时磁通增大，导磁体内磁压降会增大。因此，实际吸力特性将偏离双曲线，并且,愈小，铁磁压降就愈大，曲线的偏离也会愈大，如图,2,一,8,中曲线,2(IN,IN,1,）所示,插图,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,线圈磁动势由,IN,1,增大为,IN,2,时，吸力特性上移，如,图,2-8,中曲线,3,所示。若忽略铁磁阻而假定,U,IN,，则在某一气隙下，,F.,(IN),2,我们知道，二次双曲线函数很陡，也就是说，拍合式电磁铁的吸力将随着气隙的增大而减小很多，所以，这种电磁铁不宜用于吸片行程要求较大的情况,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,2,吸入式电磁铁,在吸人式电磁铁中，除了主磁通如对可动铁芯端面产生吸力外，可动铁芯侧面的壳体间的漏磁通叭与线圈导线电流作用产生电动力，使可动铁芯左移，见图,2,一,9,。此时可将作用于可动铁芯上的电磁力,Fem,看成是由两部分力合成，即,Fem=,Fem,Fem,式中,Fem,是通过主工作气隙,的主磁通,中产生的端面吸力，而,Fem,是漏磁通,与线圈导线电流作用而产生的电动力，也称螺管力图,2,一,9,所示为吸入式电磁铁通过的轴线的一个剖面，,效果演示,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,在其上半部分画了可动铁芯段分布的漏磁通。该漏磁通对线圈导线产生的电动力企图使线圈右移（左手定则），而其反作用力却使动铁芯左移。当,较小时，其吸力特性与拍合式相近；,较大时，吸人式比拍合式大，因为此时螺管力比例增大，见图,2-10,。图中曲线,1,为吸入式，曲线,2,为拍合式。因此吸入式适用于需要铁芯行程较大,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,3.,旋转式电磁铁,旋转式电磁铁转动时，通常漏磁通的变化并不大，因此，可以用公式,(2,一,3),来计算电磁力矩。它与拍合式电磁铁不同，其衔铁运动的方向垂直于磁力线的方向。电磁力矩的方向总是力图使衔铁运动到使整个磁路内磁阻为最小的位置，因此，在如图,2,一,4,所示旋转式电磁铁中，电磁力矩的方向为逆时针方向。,在这个例子中，当衔铁转动时，气隙,。并不变化，但气隙面积,S,将发生变化。如不考虑散磁，则气隙磁导可由下式计算，即,。,S/,。,=,。,ar,。,b/,。,式中：,a,极面对转轴所夹的角度,(,rad,),，见图,2,一,4,；,r,。,极面圆弧的半径（,m,）；,b,衔铁厚度（,m),。,因为,d,/,da,=,。,ar,。,b/,。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-,直流电磁铁磁的吸力特性,且衔铁旋转时上下两个气隙的极面都发生变化，因此，电磁力矩为：,Tem=2,1/2U,2,d,/,da,=,U,2,。,r,。,b/,。,(,N.m,),（,2,一,8,）,式中，,U,为每个气隙上的磁压降（安匝）。,由上式可见，若忽略铁磁阻，则当线圈磁势,IN,为常数时,认为,U,常数，在,a=0,一,a1,范围内，磁铁的力矩特性为一水平直线，如图,2-11,所示。这个结论在微动同步器中也要用到。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,电磁铁的应用可以归纳为两方面。一方面是它作为独立电磁元件广泛应用于各种自动装置和系统中，多是用它“牵引”其它机构完成预定的动作，如图,2,一,3,所示的操作扰流片的电磁铁。另一方面它也是许多电磁元件的主要组成部分。用电磁铁作为主要组成部分的电磁元件有各种电磁继电器、接触器、电磁阀和电磁离合器等，本节将对后部分应用予以介绍,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,一、电磁继电器和接触器,1.,结构和工作原理,电磁继电器是一种具有跳跃输出特性的、传递信号的电磁器件，图,2,一,12,为其结构原理图。它的基本组成部分是电磁铁，其线圈接输人电路以接收信号。其次是接触系统，即动、静触点等。该结构中的动触点焊在触点弹簧片上，它们可能是一对或几对，并将它们接人某输出电路以输出信号。线圈不通电时，动、静触点为开启状态的称为常开触点，动、静触点为闭合状,态的称为常闭触点。,效果演示,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,现以图,2,一,12,所示电磁继电器为例说明其工作原理。在线圈两端加电压，且达一定值，线圈中流过一定的电流,I,I,称吸合电流。电磁铁就会产生足够的电磁吸力克服返回弹簧的拉力将衔铁吸向铁芯，于是带动常开触点闭合以输出信号，见图,2,一,13,。继续增大线圈中的输人电,流，输出量保持不变。如果减小输人电流且大于另一个称为释放电流,Isf,时，输出量仍然不变，只有当输入电流达到,Isf,时，电磁吸力减小到一定值，才使衔铁和动触点在返回弹簧的作用下返回原位。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,此时，无信号输出。人们把这种具有跳跃的输人输出特性称为继电特性。所以继电器是一种根据外界输入的一定信号来控制输出电路中电流“通”与“断”的电器，这样就可实现对被控对象的控制、保护、调节或传递信息的作用。另外，由于一般输出信号的功率都大于输入信号的功率，因此继电器也是一种放大装置。,。,效果演示,对于一般电磁继电器，输入量可用加在线圈上的电压或电流表示，输出量可用触点上的电压或电流来表示。,接触器从结构、作用原理、特性方面来看与继电器没什么不同。只是接触器是用来远距离操纵大电流（大于,10A,）电路的一种开关。因此其电磁铁多为吸入式，见图,2,一,14,。习惯上把接触器的触点称为触头。与图,2,一,12,不同的是，当线圈,AB,加一定电压值时，辅助电路开关,FK,断开，动铁芯克服弹簧力吸向静铁芯，带动常开触点闭合以输出信号,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,2,吸力特性和反力特性的配合,电磁铁或继电器能否可靠地工作取决于其吸力特性和反力特性配合得是否合适。前面已对吸力特性进行了介绍，现介绍反力特性。所谓反力特性是指衔铁向吸合方向运动时所克服的阻力,Fi,和工作气隙,的关系，即：,Fi,=,(,),。,现以图,2,一,12,所示继电器介绍其反力特性。该继电器的反力由返回弹簧和触点弹簧片组成。图,2,一,15,中直线,16,表示返回弹簧的反力（拉力）特性，直线,78,表示触点弹簧片的反力（压力）特性，总的由上述二弹簧反力合成。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,当衔铁处于打开位置（,k,）时，返回弹簧后，形成一个初拉力（,F,f2,），使衔铁可靠地保持在打开位置。衔铁吸合向下移动时，在触点尚未闭合以前，仅有返回弹簧受到拉伸，因此，其反力特性将沿,23,斜线上升。当衔铁移动到,1,时,动、静触点接触，又由于触点弹簧片在装配时已经处于一定的变形状态，使触点有一个初压力，,I,所以在,1,处反力特性有一个跳跃，即由,3,升到,4,，而直线,34,段就是触点弹簧的初压力,Fn,1,以后，两个弹簧同时受到变形，合成的反力特性！将沿着坡度更大的丽斜线上升。可见，合成的反力特性为一倾斜的两段折线和两条垂线所组成。,效果演示,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,图,2,一,16,示出了该继电器在不同线圈磁动 势时的吸力特性,Fem=f(,),。图中,(,IN)d,称为触动磁动势，对应的电压为触动电压,U,曰，电流为触动电流几。因为在该磁动势下，衔铁开始运动，但在占，后就不能吸合，为此必须把磁动势增加到,(,IN),b,，这称为吸合磁动势，对应的电压和电流分别为吸合电压,Uxh,和吸合电流,。,效果演示,因为在该磁动势作用下，在整个行程中，吸力大于反力即,F-,Ff,，衔铁能完全吸合。为了保证继电器可靠地工作，额定磁动势,(IN)N,应比吸合磁动势,(IN),大一些，图中,UN).f,称为释放磁动势，对应的电压、电流分别为释放电压,U.I,和释放电流,lef,，因为当磁动势降低到该值时，吸力小于反力，即,F,Ff,，衔铁返回打开位置。,总之，为了保证继电器可靠工作，在吸合时电磁吸力必须始终大于反力，即吸力特性曲线必须在反力特性曲线的上面。在释放时，电磁吸力必须始终小于反力，即吸力特性曲线必须在反力特性曲线下面,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,3.,继电器的主要技术指标,(1),灵敏度：指继电器在规定负载条件下的最小吸合功率，以,mw,表示。,(2),触点负荷：指继电器触点所承受的开路电压及闭路电流值。如图,2,一,17,所示，当继电器触点,K,断开时，触点两端电压为,U,；当触点闭合时，触点中流过的电流,I=U/R,，这样继电器的触点负荷为,P=,Ul,.,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,(3),动作时间：有吸合时间,txh,与释放时间,tsf,两种。吸合时间是指线圈通电后，从通电瞬间至常开触点闭合时所需的时间。,释放时间是指线圈断电后，从断电的瞬间至常开触点断开时所需,的时间。,一般继电器的动作时间（吸合或释放）为,0.05-0.15 s,，动作时间小于,0.05 s,者称为快速动作继电器，动作时间大于,0.05 s,者称为延时动作继电器。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,(4),返回系数,K,fh,：,K,fh,I,sf,/,I,xh,U,sf,/,U,xh,。,返回系数,K,fh,总是小于,1,。返回系数表示了继电器的工作情况,.,K,fh,大，表示,I,sf,与,I,xh,相差不多，说明继电器线圈电流只要变化一点，继电器就动作，而,K,fh,小则说明电流变化一点，继电器不会动作。调节用的继电器要求,K,fh,大，开关用的继电器要求,K,fh,小，因为它们不希望电源电压的波动使继电器发生错误动作。,(5),储备系数,Kch,：,Kch,Un/,Uxh,。,式中，,Kch,一般小于,1,5,。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,4.,接触系统,继电器的接触系统由导电好、耐腐蚀、耐摩擦的贵金属触点组成。触点的主要问题是磨损，它是由电的、机械的、化学的原因所引起。机械磨损是由触点闭合和断开时互相撞击和摩擦造成的；化学磨损是因周围介质中有腐蚀性的气体或蒸气造成的；电磨损是触点在断开时产生电弧和火花而造成的。前两种磨损比较小，主要是电磨损比较大。,电弧是由触点断开时，电路中的电流不能在触点分离瞬间立即下降为零，而要穿过触点间的气隙持续一段时间而形成气体导电，它呈现出连续稳定的明亮光辉。,火花是由触点断开时，电路中电感负载感应高电压击穿触点气隙而放电，它呈现出忽通忽断不稳定的光辉。电弧和火花对触点磨损是严重的，将大大降低触点的工作寿命，使电路断开发生困难。为此，在使用继电器（或接触器）时，要注意触点的材料、触点的断开间隙、外电路负载性质和环境条件（气体的成分和压力）。如果这些条件已确定，则当电压愈高时，触点能断开的电流就愈小。反之，电压愈低，能断开的电流就大些。另外，为了消除触点间的火花可以采用一些灭火花线路，在航空上更广泛地采用了密封技术（密封继电器和接触器）,。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,5.,电磁继电器和接触器应用举例,电磁继电器广泛用于生产过程自动化的控制系统及电动机的保护系统。它们主要用来通、断容盆较小控制电路,接触器是一种适用于远距离频繁接通和断开交、直流电路容童较大的控制电路的电器，主要控制对象是电动机及其它电力负载。,下面以三相异步电动机正反转控制系统为例说明它们的应用。,三相异步电动机需要反转时，只需将其接到电源三相绕组连线中的任意两根对调即可。用接触器实现异步电动机正反转控制需要两个接触器，一个控制正转，另一个控制反转，见图,2,一,18,。图中接触器,1,控制电动机正转，接触器,2,控制电动机反转在按下开机按钮,2,时，接,触器,1,线圈通电，使其常开触头闭合，三相绕组分别坎人三相电源,A,B,C,，使电动机正转当电动机反转时，必须先按停机按钮,1,，使通电接触器,1,线圈断电，松开停机按钮,1,后，再按下启动按钮,3,，接触器,2,线圈通电，使其常开触头闭合，三相绕组分别接人三相电源,C,B,，,A,，使电动机转向改变。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,效果演示,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,二、控制阀（电磁阀）,当控制系统中负载惯性较大、所需功率也较大时，一般用流体（液、气体）控制系统。,流体控制系统主要由指令元件、比较元件、控制放大器和控制阀组成由于控制阀是它的主要组成部分，所以下面对控制阀进行介绍。；,控制阀是一种进行电能一机械能之间转换的元件。它有电液控制阀和气动控制周两种。,电液控制阀以液压油作为介质，它可将输入的电信号转换成液压量输出。液压量包括液体的压力、流量及流动方向等几个方面。它的基本结构是由电一机械转换器（一般是吸人式电磁铁）及液压阀（阀体、阀芯和油路系统等）两部分组成。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,其基本工作原理如下：当电磁铁线圈通、断电时，衔铁吸合或释放，由于电磁铁的动铁芯与,液压阀的阀芯连接，就会直接控制阀芯位移，来实现流体的沟通、切断和方向变换，操纵各种机,构动作，如汽缸的往返，马达的旋转，油路系统的升压、卸荷和其它工作部件的顺序动作等。,电液控制阀可分为电液伺服阀、电液比例阀和电液数控阀。近年来电液控制系统正日益 广泛地应用于冶金机械、轻工机械及航空航天、舰船、军工等部门。,气动控制阀的结构与电液控制阀的结构相似，所不同的仅是以空气代替液压油作为介质。,气动控制阀可分为气动伺服阀和气动比例阀。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,下面对几种控制阀进行介绍。,1.,飞机军械系统中的气动伺服阀,图,2,一,19,为飞机军械系统中气动伺服阀的结构图它由一个吸人式电磁铁（衔铁,3,、静铁芯,4,、线圈,5,、弹赞,6),和阀体（内装有阀杆,7,，阀杆上装有阀门,1,2),组成，阀杆与衔铁连接线圈,5,未通电时，阀门,2,在弹赞,6,和冷气压力的作用下，关闭冷气进人军械部分通道，使军械部分通道与大气相通，见图,2,一,19(a),所示。线圈通电时，在电磁吸力的作用下，衔铁,3,克服弹摘和冷气作用并带动阀芯和阀门向上运动，从而打开阀门,2,并关闭阀门,1,冷气被送人军械部分通道以对军械进行操作，见图,2,一,19(b),所示。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,2-19,演示效果,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,2.,气动比例电磁门在阁控汽缸控制系统中的应用,阀控汽缸控制系统如图,2,一,20,所示，系统主要由气动比例电磁阀、位移传感器和微机系统等组成。气动比例电磁阀的结构主要由吸人式电磁铁和阀体组成，阀体内有一阀芯并与电磁铁的动铁芯相连。,系统工作原理如下：系统输入的目标位置信号与位移传感器检测位置反馈信号登加经,A/D,转换，由微机进行运算，再经,D/A,转换成模拟量（电流）并进行放大。该信号通入电磁铁的线圈时，动铁芯被吸引，带动阀芯移动，以控制阀口的开口量，即进气量，从而调节汽缸的压力，带动负载。阀芯移动的位置（即负载移动的位置）由通电电流所决定，并有一定比例关系。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,3.,三通和四通电磁换向阀在导弹舵机上的应用,在“麻雀,3A,型空空导弹上采用了液压式舵机机构，其结构简图如,2,一,21,所示。该舵机主要由直流放大器、两级液压电磁换向阀等组成。一级为三通电磁换向阀，它包括两个电磁铁和一个阀体，阀体内有三个油腔。二级为四通电磁换向阀，它包括平衡活塞和阀体，阀体内有四,个油腔。,该系统的工作原理如下：当直流放大器接收某一方向的控制电流后，使右边电磁铁动作，推动一级阀芯移动（如向右），致使高压油推动二级阀芯也向右移动，从而使高压油经二级阀进人右活塞，由于左活塞与回油路接通，结果右活塞向下，左活塞向上，带动舵面向相应方向转动若放大器的控制电流反向，则使左边电磁铁推动一级阀芯向左移动，以至舵面向相反的方向转动。,总之，电磁换向阀就是这样依靠电磁铁的动作推动阀芯移动，来实现油液的沟通、切断和方向变换，操纵舵面动作，从而使飞机的姿态或轨迹与指令作相应的变化可以看出，阀芯移动的位置（即舵面转动的位置）由通电电流所决定，并有一定比例关系，因此三通、四通电磁阀换向阀属于比例流量阀,在“爱国者”地空导弹上也采用类似的液压舵机。,除了上面介绍的电液比例流量阀外，还有电液伺服阀和电液数控阀。用数字信息直接控制的阀，称为数控阀数控阀的应用将在第八章中进行介绍。,总之，电磁换向阀就是这样依靠电磁铁的动作推动阀芯移动，来实现油液的沟通、切断和方向变换，操纵舵面动作，从而使飞机的姿态或轨迹与指令作相应的变化可以看出，阀芯移动的位置（即舵面转动的位置）由通电电流所决定，并有一定比例关系，因此三通、四通电磁阀换向阀属于比例流量阀,在“爱国者”地空导弹上也采用类似的液压舵机。,除了上面介绍的电液比例流量阀外，还有电液伺服阀和电液数控阀。用数字信息直接控制的阀，称为数控阀数控阀的应用将在第八章中进行介绍,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,三、电磁离合器,电磁离合器的作用是将执行机构的力矩（或功率）从主动轴一侧传到从动轴一侧。,它广泛用于各种机构（如机床中的传动机构和各种电动机构等），以实现快速启动、制动、正反转或调速等功能由于它易于实现远距离控制，和其它机械式、液压式或气动式离合器相比，操纵要简单得多，所以它是自动控制系统中一种重要的元件。,按其工作原理分，电磁离合器的形式主要有摩擦面联结、牙嵌式联结、磁粉式联结和感应,式联结等。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,图,2,一,22,为电磁离合器（摩擦面联结形式）的结构图。其基本结构就是一个吸人式电磁铁，它除了有线圈,3,、静铁芯,4,、摩擦片,5,和动铁芯,6,以外，还多了可以转动的主动轴,1,和从动轴,2,主动轴与静铁芯联结，从动轴通过花键与动铁芯联结。,它的工作过程如下：线圈通电后，在电磁吸力的作用下，动铁芯克服弹簧反力吸向台座并与摩擦片紧紧贴在一起。,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-3,电磁铁的应用,如果电磁吸力足够大，使动铁芯与摩擦片两端面间的摩擦力大于负载力矩，从动轴即和主动轴同速旋钱使执行机构的力矩（或功率）从主动轴一侧传到从动轴一侧线圈断电后，动铁芯在弹黄反力作用下回到初始位置两个端面又分开。因此，只要控制线圈的通、断电，就可很方便地实现主动轴和从动轴之间的联结和分离，以达到力矩（或功率）的传递作用,在飞机电动舵机机构中，可利用电磁离合器解决对舵面的自动控制和人工驾驶的矛盾。电动舵机由电动机、输出机构、减速机构、反恢信号装里和安全保护装,t,等部分组成图,2-23,只画出电动机和输出机构两部分结构示意图，其中输出机构由电磁离合器和输出鼓轮构成电磁离合器的主动轴（即电动机的轴）与静铁芯联结，鼓轮与动铁芯联结。当需对舵面进行自动控制时，励磁线圈通电，电磁离合器中的动、静铁芯吸合，动铁芯与摩擦片贴在一起，即将离合器的主动轴与鼓轮联结起来并一起转动。当人工驾驶时，励磁线圈断电，离合器的主动轴与鼓轮断开，舵面改由驾驶员操纵,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-4,交流电磁铁简介,电磁铁的线圈由交流电源供电的，称为交流电磁铁。在一般情况下，如果电源电压是正弦波的交流电压，则其磁通也是时间的正弦函数，则在任一瞬间的电磁吸力,f.,取决于该瞬间的磁通值，因此其吸力也将在零和最大值之间作周期性变化,设工作气隙中的磁通瞬时值,为：,m,sin,t,式中,m,为,气隙磁通的最大值,.,用这个交变磁铁值代入麦克斯韦吸力公式,(2-5),可得,:,Fe=,2,/,2,S,=1/,2,S,m,sin,t,Fem sin,t (2-9),式中：,Fem=,2,/,2,S,为最大电磁吸力,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-4,交流电磁铁简介,吸力,Fem,与时间,t,的变化关系如图所示若将,sin,t,项展开，则可将吸力分解成两个分量，即：,fe,=1/2Fem(1-cos2,t),=,Feav+fei,式中：,Feav,=Fem/2,为平均吸力；,fei,=-1/2Fem(1-cos2,t),为吸力的交变分量,第二章直流电磁铁及其典型应用,2-4,交流电磁铁简介,可见，吸力由两部分组成：一个是不变的平均吸力,Fei,另一个是交变分童,fei,其变化频率为磁通变化频率的两倍。在电磁铁工作过程中，决定其能否将衔铁吸住的是平均吸力,Fei,的大小。因此，交流电磁铁的吸力就是指它的平均吸力，而且只为最大吸力的二分之一。这就说明，当最大磁通值相同时，直流电磁铁的吸力要比交流电磁铁的吸力大一倍，并且得到,Feav,=Fem/2=1/2,=1/,2,m/2,S,=,2,/2,S,可见，如果气隙磁通采用有效值,，则平均吸力与直流电磁铁的吸力公式在形式上是相同的,.,另外从图,2,一,24,可见，交流电磁铁的吸力在每一周期内两次降到零值，所以,HZ,的电路中，每电路中，每秒钟有,100,次降为零值。当吸力为零时，衔铁因失去吸力而开始返回到原来的释放状态。但只要经过极短的时间，甚至衔铁还没有来得及离远时，吸力又逐渐增加，使衔铁重新闭合。这样的动作每秒钟要重复,100,次，因而使衔铁形成振动，产生噪音。,为了减小衔铁的振动，可以在交流电磁铁部分极面上套上一个短路环。由楞次定律可知，短路环内感应电流所产生的磁动势总是企图阻止磁通的变化，产生了部分相应不同的磁通，因而可以减小（不能消除）衔铁的振动。,第二章直流电磁铁及其典型应用,电磁铁的选择,:,1.,用途,2.,使用方式,(,拉动式 推动式 平板式,),3.,额定吸力,(,一般,0.1-50kg,特殊,kg),4.,额定行程（,mm),5.,操作次数（次小时）,.,通电率（两种）,.,消耗功率启动（,VA,）,吸合保持（,5,150VA,）,.,电压：直流,v-220v,交流,v 220v 440v,9.,电源频率,Hz(,中国）,HZ,（国外）,第二章直流电磁铁及其典型应用,交流接触器的选择：,1.,型号,CJ,10,20 40 60 100 150,.,额定电流主,10,20 40 60 100 150,辅,5 5 5 5 5 5,3,控制功率,220v 2.2 5.5 11 17 29 43,380v 4 10 20 30 50 75,4,吸引功率起动,65 140 230 495 650 950,吸持,11 22 31 70 120 200,5.,动作时间,ms 17,17,23 65 32 65,6.,释放时间,ms 21 18 22 40 15 25,第二章直流电磁铁及其典型应用,中间继电器的选择,1.,用途,2.,使用电压 ,.,选用型号,现以,JZ7,系列中间继电器为例,型号 动合动断线圈电压触头电压触头电流分断电流,JZ7-44 4 4 12-380v,v 5A 2.5A,JZ7-62 6 2 12-380v,v 5 3.5,JZ7-26 2 6 12-380v,v 5 3.5,JZ7-80 8 0 12-380v,v 5 4,操作频率次小时,.,机械寿命万次，电器寿命万次,线圈消耗功率：启动时,W,吸持时,W,以下,小 结,本章重点介绍了拍合式电磁铁和继电器的结构、作用原理和特性。,1,电磁铁磁系统的种类,按产生吸力的原理分，可分为三大类型,:,即拍合式、吸人式和旋转式。,2,直流电磁铁的吸力特性,Fem=,(,IN,)=,（,),直流电磁铁的反力特性,Ff=,(,IN,)=,（,),吸合时,Fem,Ff,释放时,Fem,Ff,电磁继电器吸力特性和反力特性的配合好坏，可以判断电磁铁的工作情况。二者良好地配合，就能很好带动机构（被控对象），并且不产生大的撞击。它关系到电磁继电器工作的可靠和寿命的延长。,3,电磁铁的应用,电磁铁可以作为独立电磁元件广泛应用于各种自动装置和系统中，多是用它“牵引”其它机构完成预定的动作。另外它也是各种电磁继电器、接触器、电磁离合器和电磁阀门等许多电磁元件的主要组成部分。它们被广泛用于各种电路和自动控制系统中，它们对电路、系统或被控对象起到通和断、控制、保护、放大和能量传递等作用。,4,交流电磁铁,