電磁閥的工作原理

                                  電磁閥的工作原理

                            上海申弘閥門有限公司


電磁閥是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執行器；并不限于液壓，氣動。電磁閥用于控制液壓流動方向，工廠的機械裝置一般都由液壓鋼控制，所以就會用到電磁閥。 上海申弘閥門有限公司主營閥門有：減壓閥(氣體減壓閥,可調式減壓閥,波紋管減壓閥,活塞式減壓閥,蒸汽減壓閥,先導式減壓閥,空氣減壓閥,氮氣減壓閥,水用減壓閥,自力式減壓閥,比例減壓閥)、安全閥、保溫閥、低溫閥、球閥、截止閥、閘閥、止回閥、蝶閥、過濾器、放料閥、隔膜閥、旋塞閥、柱塞閥、平衡閥、調節閥、疏水閥、管夾閥、排污閥、排氣閥、排泥閥、氣動閥門、電動閥門、高壓閥門、中壓閥門、低壓閥門、水力控制閥、真空閥門、襯膠閥門、襯氟閥門。電磁閥是用電磁控制的工業設備，用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統的不同位置發揮作用，常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調節閥等。電磁閥是用電磁的效應進行控制，主要的控制方式由繼電器控制。這樣，電磁閥可以配合不同的電路來實現預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。

縱觀國內外電磁閥，到目前為止，從動作方式上可分為三大類即：直動式、反沖式、先導式，而從閥瓣結構和材料上的不同以及原理上的區別反沖式又可分為：膜片式反沖電磁閥、活塞式反沖電磁閥；先導式又可分為：先導式膜片電磁閥、先導式活塞電磁閥；從閥座及密封材料上分又可分為：軟密封電磁閥、鋼性密封電磁閥、半鋼性密封電磁閥。  
一、直動式電磁閥 
原理：常閉型直動式電磁閥通電時，電磁線圈產生電磁吸力把閥芯提起，使關閉件離遠開閥座密封副打開；斷電時，電磁力消失，靠彈簧力把關閉元件壓在閥座上閥門關閉。（常開型與此相反）,  
特點：在真空、負壓、零壓差時能正常工作，DN50以下可任意安裝，但電磁頭體積較大。如我公司引進HERION公司技術生產的直動電磁閥可用于1.33×10-4 Mpa真空。  
二、反沖型電磁閥
原理：它的原理是一種直動和先導相結合，通電時，電磁閥先將輔閥打開，主閥下腔壓力大于上腔壓力而利用壓差及電磁閥的同時作用把閥門開啟；斷電時，輔閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動便閥門關閉。)
 
特點：在零壓差或高壓時也能可靠工作，但功率及體積較大，要求豎直安裝。


三、先導式電磁閥 
原理：通電時，電磁力驅動先導閥打開先導閥，主閥上腔壓力迅速下降，在主閥上下腔內形成壓差，依靠介質壓力推動主閥關閉件上移，閥門開啟；斷電時，彈簧力把先導閥關閉，入口介質壓力通過先導孔迅速進入主閥上腔在上腔內形成壓差，從而使主閥關閉。
 
特點：體積小，功率低，但介質壓差范圍受限，必須滿足壓差條件。兩位三通電磁閥通常與單作用氣動執行機構配套使用，兩位是兩個位置可控：開-關，三通是有三個通道通氣，一般情況下1個通道與氣源連接，另外兩個通道1個與執行機構的進氣口連接，1個與執行機構排氣口連接，具體的工作原理可以參照單作用氣動執行機構的工作原理圖。 
兩位五通電磁閥通常與雙作用氣動執行機構配套使用，兩位是兩個位置可控：開-關，五通是有五個通道通氣，其中1個與氣源連接，兩個與雙作用氣缸的外部氣室的進出氣口連接，兩個與內部氣室的進出氣口接連，具體的工作原理可參照雙作用氣動執行機構工作原理 
在氣路(或液路)上來說，兩位三通電磁閥具有1個進氣孔(接進氣氣源)、1個出氣孔(提供給目標設備氣源)、1個排氣孔(一般安裝一個消聲器，如果不怕噪音的話也可以不裝@_@)。 
兩位五通電磁閥具有1個進氣孔(接進氣氣源)、1個正動作出氣孔和1個反動作出氣孔(分別提供給目標設備的一正一反動作的氣源)、1個正動作排氣孔和1個反動作排氣孔(安裝消聲器)。
 
對于小型自動控制設備，氣管一般選用8~12mm的工業膠氣管。在電氣上來說，兩位三通電磁閥一般為單電控(即單線圈)，兩位五通電磁閥一般為雙電控(即雙線圈)。線圈電壓等級一般采用DC24V、AC220V等。
 
兩位三通電磁閥分為常閉型和常開型兩種，常閉型指線圈沒通電時氣路是斷的，常開型指線圈沒通電時氣路是通的。
 
常閉型兩位三通電磁閥動作原理：給線圈通電，氣路接通，線圈一旦斷電，氣路就會斷開，這相當于“點動"。 
常開型兩位三通單電控電磁閥動作原理：給線圈通電，氣路斷開，線圈一旦斷電，氣路就會接通，這也是“點動"。
兩位五通雙電控電磁閥動作原理：給正動作線圈通電，則正動作氣路接通(正動作出氣孔有氣)，即使給正動作線圈斷電后正動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給反動作線圈通電為止。 給反動作線圈通電，則反動作氣路接通(反動作出氣孔有氣)，即使給反動作線圈斷電后反動作氣路仍然是接通的，將會一直維持到給正動作線圈通電為止。這相當于“自鎖"。 
基于兩位五通雙電控電磁閥的這種特性，在設計機電控制回路或編制PLC程序的時候，可以讓電磁閥線圈動作1~2秒就可以了，這樣可以保護電磁閥線圈不容易損壞。 
電磁閥在液路系統中用來實現液路的通斷或液流方向的改變，它一般具有一個可以在線圈電磁力驅動下滑動的閥芯，閥芯在不同的位置時，電磁閥的通路也就不同。閥芯的工作位置有幾個，該電磁閥就叫幾位電磁閥：閥體上的接口，也就是電磁閥的通路數，有幾個通路口，該電磁閥就叫幾通電磁閥。 電磁閥安裝后，一般所有接口都應該是連接好了的，所謂工作位置指的是閥芯的位置。閥芯在線圈不通電時處在甲位置，在線圈通電時處在乙位置，閥芯在不同位置時，對各接口起到或接通或封閉的作用。
 電磁閥二位是指電磁閥的閥芯有兩個不同的工作位置（開、關）。 電磁閥二通、三通指電磁閥的閥體上有兩個、三個通道口； 比如二位二通電磁閥是一進一出（二個通道、普通常見）
二位三通電磁閥控制液體是一進二出（兩出分別是一個常開一個常閉）；氣動換向電磁閥是一進一出一排氣；液壓一進一出一回油。 

國內外的電磁閥從原理上分為三大類（即：直動式、分步直動式、先導式），而從閥瓣結構和材料上的不同與原理上的區別又分為六個分支小類（直動膜片結構、分步重片結構、先導膜式結構、直動活塞結構、分步直動活塞結構、先導活塞結構)。
 直動式電磁閥：原理：通電時，電磁線圈產生電磁力把關閉件從閥座上提起，閥門打開；斷電時，電磁力消失，彈簧把關閉件壓在閥座上，閥門關閉。 
特點：在真空、負壓、零壓時能正常工作，但通徑一般不超過25mm。 出口沒有壓差時，通電后，電磁力直接把先導小閥和主閥關閉件依次向上提起，閥門打開。當入口與出口達到啟動壓差時，通電后，電磁力先導小閥，主閥下腔壓力上升，上腔壓力下降，從而利用壓差把主閥向上推開；斷電時，先導閥利用彈簧力或介質壓力推動關閉件，向下移動，使閥門關閉。
特點：在零壓差或真空、高壓時亦能可*動作，但功率較大，要求必須水平安裝。
先導式電磁閥：
原理：通電時，電磁力把先導孔打開，上腔室壓力迅速下降，在關閉件周圍形成上低下高的壓差，流體壓力推動關閉件向上移動，閥門打開；斷電時，彈簧力把先導孔關閉，入口壓力通過旁通孔迅速腔室在關閥件周圍形成下低上高的壓差，流體壓力推動關閉件向下移動，關閉閥門。
 特點：
流體壓力范圍上限較高，可任意安裝(需定制)但必須滿足流體壓差條件 圖中桿狀的物體就是通過電控制的閥桿，利用電磁力可以將閥桿打開或者關閉。下面以氣動系統為例子說明電磁閥在工業控制中的應用。所謂氣動系統，就是以氣體為介質的控制系統。氣動系統中，這種能源的介質通常就是空氣。在真正使用的時候，通常把大氣中的空氣的體積加以壓縮，從而提高它的壓力。壓縮空氣主要通過作用于活塞或葉片來作功。

氣動系統中，電磁閥的作用就是在控制系統中按照控制的要求來調整壓縮空氣的各種狀態，氣動系統還需要其他元件的配合，其中包括動力元件、執行元件、開關、顯示設備及其它輔助設備。動力元件包括各種壓縮機，執行元件包括各種氣缸。這些都是氣動系統中*的部分。而閥體是控制算法得以實現的重要設備。
比如單向閥讓壓縮空氣從壓縮機進入氣罐，當壓縮機關閉時，阻止壓縮空氣反方向流動；安全閥當儲氣罐內的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣排出；方向控制閥通過對氣缸兩個接口交替地加壓和排氣，來控制運動的方向；速度調節閥能簡便實現執行元件的無級調速。

氣路系統： 油路系統： 冷凍系統：
A　進氣過濾器 J　油箱 P　冷凍壓縮機
B　空氣進氣閥 K　恒溫旁通閥 Q　冷凝器
C　壓縮機主機 L　油冷卻器 R　熱交換器
D　單向閥 M　油過濾器 S　旁通系統
E　空氣／油分離器 N　回油閥 T　空氣出口過濾器
F　小壓力閥 O　斷油閥
G　后冷卻器
H　帶自動疏水器的水分離器
氣動系統的示意圖
電磁閥不但能夠應用在氣動系統中，在油壓的系統、水壓的系統中也能夠得到相同或者類似的應用，比如低功率不供油小型電磁換向閥，密封件不需供油，排出的氣體不會污染環境，可用于食品、醫藥、電子等行業。

電磁換向閥
現在，電磁閥技術與控制技術、計算機技術、電子技術相結合，已經能夠進行多種復雜的控制。比如可以把電磁閥應用在智能控制領域，應用在無線控制技術等方面。電磁閥正是因為能夠用電磁進行控制，所以它能與現在的各種電子系統很好地接口，這也是它得到廣泛應用的一個主要原因。
電磁閥已經廣泛地應用在生產的各個領域中，隨著電磁控制技術和制造工藝的提高，電磁閥能夠實現更加精巧的控制，為實現不同的氣動系統、液壓系統發揮它的作用。
電磁閥的工作原理：
電磁閥里有密閉的腔，在的不同位置開有通孔，每個孔都通向不同的油管，腔中間是閥，兩面是兩塊電磁鐵，哪面的磁鐵線圈通電閥體就會被吸引到哪邊，通過控制閥體的移動來檔住或漏出不同的排油的孔，而進油孔是常開的，液壓油就會進入不同的排油管，然后通過油的壓力來推動油剛的活塞，活塞又帶動活塞桿，活塞竿帶動機械裝置動。這樣通過控制電磁鐵的電流就控制了機械運動。
電磁閥的結構原理
一：直動式電磁閥
有常閉型和常開型二種。常閉型斷電時呈關閉狀態，當線圈通電時產生電磁力，使動鐵芯克服彈簧力同靜鐵芯吸合直接開啟閥，介質呈通路；當線圈斷電時電磁力消失，動鐵芯在彈簧力的作用下復位，直接關閉閥口，介質不通。結構簡單，動作可靠，在零壓差和微真空下正常工作。常開型正好相反。如小于φ6流量通徑的電磁閥。（圖一是典型結構圖）
二、分步直動式電磁閥
該閥采用一次開閥和二次開閥連在一體，主閥和導閥分步使電磁力和壓差直接開啟主閥口。當線圈通電時，產生電磁力使動鐵芯　　和靜鐵芯吸合，導閥口開啟而導閥口設在主閥口上，且動鐵芯與主閥芯連在一起，此時主閥上腔的壓力通過導閥口卸荷，在壓力差和電磁力的同時作用下使主閥芯向上運動，開啟主閥介質流通。當線圈斷電時電磁力消失，此時動鐵芯在自重和彈簧力的作用下關閉導閥孔，此時介質在平衡孔中進入主閥芯上腔，使上腔壓力升高，此時在彈簧復位和壓力的作用下關閉主閥，介質斷流。結構合理，動作可靠，在零壓差時工作也可靠。如：ZQDF，ZS，2W等。（圖二是典型結構圖）
三、間接先導式電磁閥
該系列電磁閥由先導閥和主閥芯著形成通道組合而成；常閉型在未通電時，呈關閉狀態。當線圈通電時，產生的磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合，導閥口打開，介質流向出口，此時主閥芯上腔壓力減少，低于進口側的壓力，形成壓差克服彈簧阻力而隨之向上運動，達到開啟主閥口的目的，介質流通。當線圈斷電時，磁力消失，動鐵芯在彈簧力作用下復位關閉先導口，此時介質從平衡孔流入，主閥芯上腔壓力增大，并在彈簧力的作用下向下運動，關閉主閥口。常開式原理正好相反。如：SLA，DF（φ15以上口徑），ZCZ等。（圖三是典型結構圖）
電磁閥的選型
一：適用性
管路中的流體必須和選用的電磁閥系列型號中標定的介質一致。
流體的溫度必須小于選用電磁閥的標定溫度。
電磁閥允許液體粘度一般在20CST以下，大于20CST應注明。
工作壓差，管路高壓差在小于0.04MPa時應選用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直動式和分步直動式；低工作壓差大于0.04MPa時　　可選用先導式（壓差式）電磁閥；高工作壓差應小于電磁閥的大標定壓力；一般電磁閥都是單向工作，因此要注意是否有反壓差，如有安裝止回閥。
流體清潔度不高時應在電磁閥前安裝過濾器，一般電磁
閥對介質要求清潔度要好。
注意流量孔徑和接管口徑；電磁閥一般只有開關兩位控制；條件允許請安裝旁路管，便于維修；有水錘現象時要定制電磁閥的開閉時間調節。
注意環境溫度對電磁閥的影響
電源電流和消耗功率應根據輸出容量選取，電源電壓一般允許±10%左右，必須注意交流起動時VA值較高。
二、可靠性
電磁閥分為常閉和常開二種；一般選用常閉型，通電打開，斷電關閉；但在開啟時間很長關閉時很短時要選用常開型了。
壽命試驗，工廠一般屬于型式試驗項目，確切地說我國還沒有電磁閥的專業標準，因此選用電磁閥廠家時慎重。
動作時間很短頻率較高時一般選取直動式，大口徑選用快速系列。
三、安全性
一般電磁閥不防水，在條件不允許時請選用防水型，工廠可以定做。
電磁閥的高標定公稱壓力一定要超過管路內的高壓力，否則使用壽命會縮短或產生其它意外情況。
有腐蝕性液體的應選用全不銹鋼型，強腐蝕性流體宜選用塑料王（SLF）電磁閥。
爆炸性環境必須選用相應的防爆產品。
四、經濟性
有很多電磁閥可以通用，但在能滿足以上三點的基礎上應選用的產品本文相關的論文有：中國閥門產值遞增