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節(jié)能型直流電磁閥的設(shè)計(jì)研究-德國(guó)萊克LIK品牌
引言:本文簡(jiǎn)要介紹了直流電磁閥的結(jié)構(gòu)及工作原理,分析了傳統(tǒng)電磁閥的不足,提出了一種新型節(jié)能直流電磁閥的結(jié)構(gòu)及工作原理,并為改善性能而作出的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),使產(chǎn)品更趨于結(jié)構(gòu)合理,安全節(jié)能,性能穩(wěn)定。
電磁閥按使用電源的不同可分為直流電磁閥和交流電磁閥,是一種用電磁控制的工業(yè)設(shè)備,主要用來(lái)控制流體的自動(dòng)化關(guān)鍵元件,屬于執(zhí)行器,廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其它的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期控制的目的,使控制的精度和靈活性能夠得到保證。電磁閥在工作時(shí)線圈需要長(zhǎng)期保持通電,消耗電能。電磁閥的廣泛應(yīng)用雖然方便了自動(dòng)控制,但消耗的電能非?捎^。在提倡節(jié)能環(huán)保的前提下,這一問(wèn)題應(yīng)當(dāng)引起重視。本文重點(diǎn)將直流型的電磁閥提出以下創(chuàng)新改造設(shè)計(jì),具有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。
1.結(jié)構(gòu)原理
傳統(tǒng)的直流電磁閥一般包括閥體和線圈兩部分,閥體包括閥座、套管、動(dòng)鐵芯、靜鐵芯和復(fù)位彈簧,線圈包括導(dǎo)磁架、引出腳,以及在導(dǎo)磁架內(nèi)的線圈架,線圈架上繞有線圈,線圈與引出線相連接。線圈套在閥體上,采用螺釘固定。傳統(tǒng)直流電磁閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
其工作原理是:當(dāng)線圈通電時(shí),線圈產(chǎn)生磁場(chǎng),動(dòng)鐵芯在電磁力的作用下克服彈簧力與靜鐵芯吸合,閥體閥口打開(kāi),閥體進(jìn)口與出口通路。當(dāng)線圈斷電時(shí),由于線圈沒(méi)有電流流過(guò),沒(méi)有磁場(chǎng)產(chǎn)生,動(dòng)鐵芯的復(fù)位彈簧的作用下,與靜鐵芯分離,閥體閥口關(guān)閉,閥體進(jìn)口與出口關(guān)斷。
2.設(shè)計(jì)要求
由于傳統(tǒng)的電磁閥其電源電壓無(wú)法調(diào)節(jié),故吸合后仍然保持原來(lái)較大的功率,所以不但電能損耗較大,還會(huì)導(dǎo)致線圈溫度升高幅度大,對(duì)線圈的制造帶來(lái)較高的要求,不但耗能大,而且成本高、性價(jià)比差。
針對(duì)上述情況,需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題是提供一種耗電省、工作時(shí)線圈溫度升高幅度小的電磁閥的線圈。具體參數(shù)確定如下:適用溫度為-20℃~+55℃;采用直流供電方式,額定電壓為24Vdc;線圈采用澆封型。
依據(jù)GB14536.1-2008《家用和類似用途電自動(dòng)控制器 第1部分:通用要求》的要求,在電磁閥線圈的開(kāi)發(fā)、制造過(guò)程中,在確保產(chǎn)品電氣性能的前提下,作了以下研究和探索。
(1)采用雙線圈結(jié)構(gòu)和在外部設(shè)置延時(shí)斷路機(jī)構(gòu)
傳統(tǒng)的直流電磁閥線圈采用單線圈結(jié)構(gòu),吸合和保持均通過(guò)同一個(gè)線圈完成,不但電能消耗大,而且線圈溫度上升過(guò)高,影響線圈的使用壽命。經(jīng)測(cè)試,電磁閥要保持吸合狀態(tài)的話,線圈消耗的功率只需不大于額定功率的20%就可以了。為此,我們采用了雙線圈結(jié)構(gòu),即將線圈的起動(dòng)功能和保持功能分開(kāi),分別稱為起動(dòng)線圈和保持線圈,改進(jìn)了線圈架,在上面設(shè)置隔離塊,兩個(gè)線圈繞制在線圈架的隔離塊兩側(cè),將兩個(gè)線圈相連接并在連接處設(shè)置引出線,該引出線和起動(dòng)線圈的引出線之間串接延時(shí)斷路機(jī)構(gòu)。
當(dāng)電磁閥需要打開(kāi)時(shí),延時(shí)斷路機(jī)構(gòu)處于通路狀態(tài),線圈通以直流電,保持線圈在外接延時(shí)斷路機(jī)構(gòu)的作用下為短路狀態(tài),使得全部電壓加在起動(dòng)繞組上,此時(shí)功率較大,動(dòng)鐵芯迅速吸合,此瞬間(一般吸合時(shí)間在20毫秒左右)吸合功率約為P1=U2/R起動(dòng)。當(dāng)延時(shí)斷路機(jī)構(gòu)動(dòng)作時(shí),外接延時(shí)斷路機(jī)構(gòu)為開(kāi)路狀態(tài),線圈回路由起動(dòng)線圈和保持線圈串聯(lián)而成,此時(shí)的功率為P2=U2/(R起動(dòng)+R保持),一般P2≤0.2P1。所以,此結(jié)構(gòu)不但在工作時(shí)功率低、耗電省,線圈溫升也大幅度降低,而且適應(yīng)電壓波動(dòng)范圍也較大,電磁性能得到了很好的改觀。
(2)采用不飽和聚酯樹(shù)脂為線圈的澆封劑
上世紀(jì)90年代,直流電磁閥線圈的澆封材料普遍采用環(huán)氧樹(shù)脂,環(huán)氧樹(shù)脂作為一種常用的澆封材料,具有成型工藝簡(jiǎn)單、耐腐蝕性強(qiáng)、固化后力學(xué)性能較好等優(yōu)點(diǎn),但存在明顯的缺點(diǎn),需要和添加物同時(shí)使用、固化時(shí)間長(zhǎng)和引出線結(jié)合處易漏水導(dǎo)致電氣性能下降。為此,在選用澆封更方便、固化時(shí)間短和引出線結(jié)合更好的且電氣性能更佳的不飽和聚酯樹(shù)脂作為線圈的澆封材料。不飽和聚酯樹(shù)脂線圈是一種熱固性材料,具有以下優(yōu)點(diǎn):硬度高、重量輕、耐腐蝕、絕緣性好,在電氣領(lǐng)域中,它常被用來(lái)加工抗電痕大于600min及抗電弧大于180s的部件,可以用于戶外和極端環(huán)境。
(3)采用耐熱等級(jí)為H級(jí)的漆包線
傳統(tǒng)的直流電磁閥線圈在工作中會(huì)發(fā)熱,線圈表面溫度會(huì)很高,用電阻法測(cè)試溫升,測(cè)試條件為25℃無(wú)風(fēng)狀態(tài)下,測(cè)試電壓為額定電壓的1.1倍,測(cè)得線圈溫升為85K,當(dāng)使用環(huán)境溫度達(dá)到允許的最高溫度時(shí),線圈內(nèi)部的溫度為140℃,經(jīng)雙線圈改造后線圈消耗的功率大大減少,線圈溫升也大大下降,從數(shù)值上看采用耐熱等級(jí)為F級(jí)的漆包線就可以了。但澆封時(shí)固化溫度一般為140℃左右,此溫度余量明顯不足,采用更高耐熱等級(jí)的漆包線有利于提高線圈生產(chǎn)過(guò)程中的合格率水平,為此,在繞制線圈時(shí)我們選用更高級(jí)別的H級(jí)漆包線。
3.結(jié)束語(yǔ)
采用雙線圈的結(jié)構(gòu),可以改善直流電磁閥的起動(dòng)性能,減少電源消耗,降低了線圈溫升,從而有效降低了線圈的故障率,使設(shè)備長(zhǎng)期可靠運(yùn)行。同理,該直流型電磁閥的創(chuàng)新改造設(shè)計(jì),也可以適合應(yīng)用于交流電磁閥的設(shè)計(jì)。