您当前的位置：
新闻中心 >> 行业动态
节能型直流电磁阀的设计研究-德国莱克LIK品牌
发布时间:2023/4/15
引言：本文简要介绍了直流电磁阀的结构及工作原理，分析了传统电磁阀的不足，提出了一种新型节能直流电磁阀的结构及工作原理，并为改善性能而作出的关键技术进行了创新设计，使产品更趋于结构合理，安全节能，性能稳定。
电磁阀按使用电源的不同可分为直流电磁阀和交流电磁阀，是一种用电磁控制的工业设备，主要用来控制流体的自动化关键元件，属于执行器，广泛应用于工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其它的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期控制的目的，使控制的精度和灵活性能够得到保证。电磁阀在工作时线圈需要长期保持通电，消耗电能。电磁阀的广泛应用虽然方便了自动控制，但消耗的电能非常可观。在提倡节能环保的前提下，这一问题应当引起重视。本文重点将直流型的电磁阀提出以下创新改造设计，具有一定的推广应用价值。
1.结构原理
传统的直流电磁阀一般包括阀体和线圈两部分，阀体包括阀座、套管、动铁芯、静铁芯和复位弹簧，线圈包括导磁架、引出脚，以及在导磁架内的线圈架，线圈架上绕有线圈，线圈与引出线相连接。线圈套在阀体上，采用螺钉固定。传统直流电磁阀的结构如图1所示。
其工作原理是：当线圈通电时，线圈产生磁场，动铁芯在电磁力的作用下克服弹簧力与静铁芯吸合，阀体阀口打开，阀体进口与出口通路。当线圈断电时，由于线圈没有电流流过，没有磁场产生，动铁芯的复位弹簧的作用下，与静铁芯分离，阀体阀口关闭，阀体进口与出口关断。
2.设计要求
由于传统的电磁阀其电源电压无法调节，故吸合后仍然保持原来较大的功率，所以不但电能损耗较大，还会导致线圈温度升高幅度大，对线圈的制造带来较高的要求，不但耗能大，而且成本高、性价比差。
针对上述情况，需要解决的关键问题是提供一种耗电省、工作时线圈温度升高幅度小的电磁阀的线圈。具体参数确定如下：适用温度为-20℃～+55℃；采用直流供电方式，额定电压为24Vdc；线圈采用浇封型。
依据GB14536.1-2008《家用和类似用途电自动控制器 第1部分：通用要求》的要求，在电磁阀线圈的开发、制造过程中，在确保产品电气性能的前提下，作了以下研究和探索。
（1）采用双线圈结构和在外部设置延时断路机构
传统的直流电磁阀线圈采用单线圈结构，吸合和保持均通过同一个线圈完成，不但电能消耗大，而且线圈温度上升过高，影响线圈的使用寿命。经测试，电磁阀要保持吸合状态的话，线圈消耗的功率只需不大于额定功率的20%就可以了。为此，我们采用了双线圈结构，即将线圈的起动功能和保持功能分开，分别称为起动线圈和保持线圈，改进了线圈架，在上面设置隔离块，两个线圈绕制在线圈架的隔离块两侧，将两个线圈相连接并在连接处设置引出线，该引出线和起动线圈的引出线之间串接延时断路机构。
当电磁阀需要打开时，延时断路机构处于通路状态，线圈通以直流电，保持线圈在外接延时断路机构的作用下为短路状态，使得全部电压加在起动绕组上，此时功率较大，动铁芯迅速吸合，此瞬间（一般吸合时间在20毫秒左右）吸合功率约为P1=U2/R起动。当延时断路机构动作时，外接延时断路机构为开路状态，线圈回路由起动线圈和保持线圈串联而成，此时的功率为P2=U2/（R起动+R保持），一般P2≤0.2P1。所以，此结构不但在工作时功率低、耗电省，线圈温升也大幅度降低，而且适应电压波动范围也较大，电磁性能得到了很好的改观。
（2）采用不饱和聚酯树脂为线圈的浇封剂
上世纪90年代，直流电磁阀线圈的浇封材料普遍采用环氧树脂，环氧树脂作为一种常用的浇封材料，具有成型工艺简单、耐腐蚀性强、固化后力学性能较好等优点，但存在明显的缺点，需要和添加物同时使用、固化时间长和引出线结合处易漏水导致电气性能下降。为此，在选用浇封更方便、固化时间短和引出线结合更好的且电气性能更佳的不饱和聚酯树脂作为线圈的浇封材料。不饱和聚酯树脂线圈是一种热固性材料，具有以下优点：硬度高、重量轻、耐腐蚀、绝缘性好，在电气领域中，它常被用来加工抗电痕大于600min及抗电弧大于180s的部件，可以用于户外和极端环境。
（3）采用耐热等级为H级的漆包线
传统的直流电磁阀线圈在工作中会发热，线圈表面温度会很高，用电阻法测试温升，测试条件为25℃无风状态下，测试电压为额定电压的1.1倍，测得线圈温升为85K，当使用环境温度达到允许的最高温度时，线圈内部的温度为140℃，经双线圈改造后线圈消耗的功率大大减少，线圈温升也大大下降，从数值上看采用耐热等级为F级的漆包线就可以了。但浇封时固化温度一般为140℃左右，此温度余量明显不足，采用更高耐热等级的漆包线有利于提高线圈生产过程中的合格率水平，为此，在绕制线圈时我们选用更高级别的H级漆包线。
3.结束语
采用双线圈的结构，可以改善直流电磁阀的起动性能，减少电源消耗，降低了线圈温升，从而有效降低了线圈的故障率，使设备长期可靠运行。同理，该直流型电磁阀的创新改造设计，也可以适合应用于交流电磁阀的设计。
电磁阀按使用电源的不同可分为直流电磁阀和交流电磁阀，是一种用电磁控制的工业设备，主要用来控制流体的自动化关键元件，属于执行器，广泛应用于工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其它的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期控制的目的，使控制的精度和灵活性能够得到保证。电磁阀在工作时线圈需要长期保持通电，消耗电能。电磁阀的广泛应用虽然方便了自动控制，但消耗的电能非常可观。在提倡节能环保的前提下，这一问题应当引起重视。本文重点将直流型的电磁阀提出以下创新改造设计，具有一定的推广应用价值。
1.结构原理
传统的直流电磁阀一般包括阀体和线圈两部分，阀体包括阀座、套管、动铁芯、静铁芯和复位弹簧，线圈包括导磁架、引出脚，以及在导磁架内的线圈架，线圈架上绕有线圈，线圈与引出线相连接。线圈套在阀体上，采用螺钉固定。传统直流电磁阀的结构如图1所示。
其工作原理是：当线圈通电时，线圈产生磁场，动铁芯在电磁力的作用下克服弹簧力与静铁芯吸合，阀体阀口打开，阀体进口与出口通路。当线圈断电时，由于线圈没有电流流过，没有磁场产生，动铁芯的复位弹簧的作用下，与静铁芯分离，阀体阀口关闭，阀体进口与出口关断。
2.设计要求
由于传统的电磁阀其电源电压无法调节，故吸合后仍然保持原来较大的功率，所以不但电能损耗较大，还会导致线圈温度升高幅度大，对线圈的制造带来较高的要求，不但耗能大，而且成本高、性价比差。
针对上述情况，需要解决的关键问题是提供一种耗电省、工作时线圈温度升高幅度小的电磁阀的线圈。具体参数确定如下：适用温度为-20℃～+55℃；采用直流供电方式，额定电压为24Vdc；线圈采用浇封型。
依据GB14536.1-2008《家用和类似用途电自动控制器 第1部分：通用要求》的要求，在电磁阀线圈的开发、制造过程中，在确保产品电气性能的前提下，作了以下研究和探索。
（1）采用双线圈结构和在外部设置延时断路机构
传统的直流电磁阀线圈采用单线圈结构，吸合和保持均通过同一个线圈完成，不但电能消耗大，而且线圈温度上升过高，影响线圈的使用寿命。经测试，电磁阀要保持吸合状态的话，线圈消耗的功率只需不大于额定功率的20%就可以了。为此，我们采用了双线圈结构，即将线圈的起动功能和保持功能分开，分别称为起动线圈和保持线圈，改进了线圈架，在上面设置隔离块，两个线圈绕制在线圈架的隔离块两侧，将两个线圈相连接并在连接处设置引出线，该引出线和起动线圈的引出线之间串接延时断路机构。
当电磁阀需要打开时，延时断路机构处于通路状态，线圈通以直流电，保持线圈在外接延时断路机构的作用下为短路状态，使得全部电压加在起动绕组上，此时功率较大，动铁芯迅速吸合，此瞬间（一般吸合时间在20毫秒左右）吸合功率约为P1=U2/R起动。当延时断路机构动作时，外接延时断路机构为开路状态，线圈回路由起动线圈和保持线圈串联而成，此时的功率为P2=U2/（R起动+R保持），一般P2≤0.2P1。所以，此结构不但在工作时功率低、耗电省，线圈温升也大幅度降低，而且适应电压波动范围也较大，电磁性能得到了很好的改观。
（2）采用不饱和聚酯树脂为线圈的浇封剂
上世纪90年代，直流电磁阀线圈的浇封材料普遍采用环氧树脂，环氧树脂作为一种常用的浇封材料，具有成型工艺简单、耐腐蚀性强、固化后力学性能较好等优点，但存在明显的缺点，需要和添加物同时使用、固化时间长和引出线结合处易漏水导致电气性能下降。为此，在选用浇封更方便、固化时间短和引出线结合更好的且电气性能更佳的不饱和聚酯树脂作为线圈的浇封材料。不饱和聚酯树脂线圈是一种热固性材料，具有以下优点：硬度高、重量轻、耐腐蚀、绝缘性好，在电气领域中，它常被用来加工抗电痕大于600min及抗电弧大于180s的部件，可以用于户外和极端环境。
（3）采用耐热等级为H级的漆包线
传统的直流电磁阀线圈在工作中会发热，线圈表面温度会很高，用电阻法测试温升，测试条件为25℃无风状态下，测试电压为额定电压的1.1倍，测得线圈温升为85K，当使用环境温度达到允许的最高温度时，线圈内部的温度为140℃，经双线圈改造后线圈消耗的功率大大减少，线圈温升也大大下降，从数值上看采用耐热等级为F级的漆包线就可以了。但浇封时固化温度一般为140℃左右，此温度余量明显不足，采用更高耐热等级的漆包线有利于提高线圈生产过程中的合格率水平，为此，在绕制线圈时我们选用更高级别的H级漆包线。
3.结束语
采用双线圈的结构，可以改善直流电磁阀的起动性能，减少电源消耗，降低了线圈温升，从而有效降低了线圈的故障率，使设备长期可靠运行。同理，该直流型电磁阀的创新改造设计，也可以适合应用于交流电磁阀的设计。
020-32399500
