直流电磁铁与交流电磁铁的区别是什么,它们的结构有何不同

电磁铁工作原理

电磁铁是电磁阀中用于控制液体和气体流动的最重要部件。电磁铁是将交流或直流电能转换为直线运动的机电设备。它们通常由同心缠绕在可移动圆柱体(称为电枢)周围的螺旋线圈组成，该圆柱体由铁或钢等铁磁材料制成。大多数电磁阀都有一个可更换的线圈，可以与不同电压的线圈一起使用。

当电流流过线圈时，它会在线圈内部产生磁场，使用与普通电磁铁相同的基本原理将电枢吸引到电磁铁的中心。由于无论电流极性如何，电枢都被拉向电磁铁的中心，因此当线圈未通电时，需要一个反作用力将电枢返回到起始位置。这是通过使用弹簧机构实现的。在理想条件下，为了驱动电磁铁，电磁铁产生的力必须大于弹簧、液压和摩擦力的合力。

通过提升电枢，阀门中的一个小端口打开，允许介质流动。可以通过给线圈通电或断电来控制通过阀门的流量。虽然有几种类型的电磁阀在机械结构上有所不同，但作用在控制面上的电磁执行器的基本概念在所有类型的电磁阀中都是相同的。

电触点的极性对于交流和直流HAWE电磁阀并不重要。对于 AC 电磁阀，这可能是显而易见的，因为无论如何电流在每个周期都会切换两次极性。对于直流电磁阀，原因是电流通过线圈会产生一个电磁铁，从而在电枢上产生吸引力。当电流通过线圈时，电枢将始终被拉向线圈，无论触点和电流极性如何。

交流电磁铁和直流电磁铁的区别

在最基本的层面上，直流电磁铁的操作相对简单——电磁铁可以通电，让电磁铁产生的磁力克服弹簧阻力并将电枢移向线圈的中心，或者断电，允许将电枢推回起始位置的弹簧力。

对于交流电磁铁，操作理论稍微复杂一些。可以使用正弦波形来近似交流电流。因此，每个周期两次电流过零，这意味着在该时间点流过线圈的电流等于零。

由于电磁铁产生的磁力与流过电磁铁线圈的电流成正比，弹簧力将在短时间内克服电磁铁产生的力，每个周期两次。这是一个表现为电枢振动的问题，它会产生嗡嗡声，并可能对电磁阀组件造成压力。为避免此问题，在电枢周围的线圈附近安装了一个简单的导电环，称为遮光环。遮光环通常由铜制成。遮光环的作用是储存磁场能量并以90度相位差释放。

遮光环的作用是当初级线圈产生的磁场向零方向减小时，遮光环产生的磁场达到峰值，有效地填补了过零时磁场幅度的间隙，消除了振动。大多数可用于不同线圈电压的电磁阀都有一个内置的遮光环。

如果污垢聚集在电枢周围，则遮光环的作用可能会受到限制，并且需要其他解决方案。另一种解决方案的示例是使用过滤电磁铁电流的电子电路，以便不存在过零。该电路可以嵌入到电磁阀线圈本身中，也可以在外部构建。它通常在全波整流器拓扑中使用整流二极管和滤波电容器来实现。

使用具有直流电流的交流线圈，反之亦然

在某些情况下，额定交流电流的线圈可与直流电源一起使用，反之亦然。但是，请记住一些限制。

可以使用额定交流电流的线圈和直流电源，但必须限制电压(和电流)，否则电磁铁可能会烧坏。这样做的原因是在 AC 状态下，线圈具有感抗，该感抗与线圈的电阻率相加。结果，线圈的阻抗在 AC 状态下比在 DC 状态下高几倍。例如，使用 24 VAC 额定电磁阀和 24 V 直流电源很可能会损坏电磁铁，因为流过电磁铁的有效电流在直流电压下会高得多。

遗憾的是，电源电压降额没有固定因素。有效电流应在 AC 状态下测量，并且该电流也应设置为 DC 状态的目标。实现该目标的一些方法是降低电源电压或使用限流电阻器。

在交流电源上使用额定直流电流的线圈会带来振动风险，因为直流电磁阀可能不包含遮光环或整流电路。这些振动可能会随着时间的推移对组件施加压力而损坏电磁铁。这可以通过使用带有电容滤波器的外部全波整流器电路来解决。

另一个问题是在这种情况下有效电流将低几倍，并且线圈产生的磁力可能不足以将电枢从其静止位置移开。一种解决方案是使用更大的电压，使有效电流与电磁铁的额定电流相匹配。

交流与直流电磁阀设计注意事项

理想情况下，当电磁阀从关闭状态变为开启状态时，电磁阀最初应产生更大的力，以克服作用在阀门上的弹簧张力和液压。一旦建立流量，作用在阀门机构上的液压力就会减少，而电磁铁会减少产生的力，以减少功耗和发热。

交流电磁铁比直流电磁铁更符合这种理想行为。在直流电磁铁中，当电磁铁打开时，电流逐渐上升到某个值，具体取决于线圈的电阻率。这转化为较低的初始电流(以及较低的初始力导致阀门打开速度较慢)。一旦阀门打开，电流消耗保持在一个恒定值，该值大于保持阀门打开所需的值。因此，没有任何外部电路的直流电磁铁将在打开状态下浪费大量功率。

随着阀门打开，气隙变得越来越小，线圈的阻抗迅速增加，从而降低了通过线圈的电流。通过线圈的电流减少导致功耗减少和热量浪费。正因为如此，交流电磁铁会产生电流的初始尖峰，从而能够更快、更有力地打开阀门。一旦阀门打开，电流就会下降，从而降低功耗。

尽管交流电磁铁本质上更节能，但它们也有一些可能的缺点。其中之一是由于电枢中的电磁感应而形成的涡流导致的功率损耗。另一个缺点是振动的风险，这可以通过使用使用适当遮光环的精心设计的电磁阀来减轻。此外，现代控制系统往往更容易与直流输出接口，因此在这些系统中使用交流电磁铁可能会更加麻烦，并且需要使用额外的继电器。

通过使用外部电路可以提高直流电磁铁的效率，外部电路可以对线圈电流进行整形，从而需要一个初始电流尖峰来打开阀门。一旦阀门打开，电流可以降低到维持电流水平，这刚好足以通过抵抗弹簧张力拉动电枢来可靠地保持阀门打开。

这些外部电路可以简单到将线圈串联并并联一个电阻和一个电容。在这样的电路中，通过线圈为电容器充电提供了初始线圈电流尖峰。电容充电后，限流电阻通过所有电流。这种简单方法的缺点是，一些功率被浪费在加热限流电阻上。

还有更复杂的方法涉及开关电源，它为线圈提供可编程电流。这些电源可以与交流和直流电磁阀和电源一起使用。它们可确保良好的阀门开启尖峰并降低阀门打开时的功耗，从而提高电源效率、减少发热并延长电磁阀的使用寿命。

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