第二章 电——机械转换元件.ppt

东北大学机械工程与自动化学院液压与气动研究所 液压比例控制系统 液压比例控制系统 第二章 电—机械转换元件 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 2．2 电磁铁的作用原理 2．3 比例电磁铁的特性分析 2．4 比例电磁铁的控制形式 2．5 比例电磁铁的初步设计 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 液压控制系统中两个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。目前生产技术上能实现的可控流阻结构形式主要是机-液控制式的间隙型流阻，即利用控制固体部件的运动形式来实现对流阻的控制，因此要进行电液控制时首先要进行电-机转换。 另一种控制流阻的技术途径是直接的电液转换：利用一种对电信号有粘性的流体介质实现电--黏度转换从而控制流阻。目前这种技术还未达到实用阶段。 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 (1)电—机械转换元件的作用 对于机液控制式的间隙型可控流阻要实现电气控制，需要有一个能把电气控制信号转换为机械信号的转换装置，这个装置通常简称为电—机械转换元件。 它的作用是把经过放大后的输入电流信号成比例的转换成机械量，从而控制流阻。 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 (2)电—机械转换元件的形式 目前，生产上应用的电—机械转换元件大多采用电磁式设计，并且利用电磁力与弹簧力相互平衡的原理，实现电—机械的比例转换。最常见的有直流伺服电机、步进电机、力矩马达、动圈式力马达以及动铁式力马达。后者更一般的称为比例电磁铁。从目前的使用情况来看，应用最为广泛的还是比例电磁铁，它目前已经成为最主要的电—机械转换元件。 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 (3)电—机械转换元件的要求 在电液比例技术中，对作为阀的驱动装置的电—机械转换元件的基本要求有以下几点： （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，与衔铁的位移无关； （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，滞环小； （4）动态性能好，响应速度快； （5）长期工作中温升不会过大，并在允许温升下仍能工作； （6）能承受液压系统高压，抗干扰性好。 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 (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。 比例电磁铁的结构简图如图2所示。当前，应用最广泛的比例电磁铁是耐高压直流比例电磁铁如图1。 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 2．1 电—机械转换元件的作用及形式 2．2 电磁铁的作用原理 普通甲壳型螺线管电磁铁如图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。 2．2 电磁铁的作用原理 2．2 电磁铁的作用原理 直流比例电磁铁是电液比例控制器件中应用最广泛的电一机械转换器。它也是装甲式螺管电磁铁，由于可动部分是衔铁，所以是一种动铁式马达，具有结构简单，价格低，功率／重量比大，能够输出较大的力和位移等特点。按比例电磁铁输出位移的形式，除最常见的单向直动式外，还有双向直动式。回转式比例电磁铁应用较少。 线圈通电后形成的磁路经壳体、导向套锥端到轭铁而产生斜面吸力；另一路直接由衔铁端面到轭铁的输出力。（参见图3） 2．2 电磁铁的作用原理 2．3 电磁铁的特性分析 (1) 电磁铁的吸力特性 电磁铁（直线力马达）是一种依靠电磁系统产生的电磁吸力，使衔铁对外做功的一种电动装置。其基本特性可表示为衔铁在运动中所受到的电磁力 Fm 与它的行程 y 之间的关系，即 Fm ＝f(y) 。这个关系称为吸力特性。对比例电磁铁，要求它具有水平的吸力特性（见图4）。 图4所示为普通电磁铁与比例电磁铁的静态吸力特性。所谓静态吸力特性就是在稳态过程中得到的吸力特性。与它相对应的是动态特性。 2．3 电磁铁的特性分析 2．3 电磁铁的特性分析