電磁換向閥的動(dòng)態(tài)特性分析是電磁換向閥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,為明確各設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)新型節(jié)能電磁換向閥性能的影響,首先給出了新型節(jié)能電磁換向閥的數(shù)學(xué)模型,采用拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)法,通過求解電磁機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)微分方程, 對(duì)該閥進(jìn)行了動(dòng)態(tài)特性仿真,并分析了磁鋼厚度、磁鋼截面積、線圈匝數(shù)和線圈電阻四參數(shù)變化對(duì)閥動(dòng)態(tài)特性的影響,同時(shí)通過試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型及仿真方法的正確性,從而提出了通過減小磁鋼截面積,增大激磁線圈匝數(shù),減小激磁線圈電阻或合理選擇磁鋼厚度來提高電磁換向閥的動(dòng)態(tài)特性的方法。

　　傳統(tǒng)的電磁換向閥具有在工作過程中必須始終通電才能保持正常工作的缺點(diǎn),因而浪費(fèi)了能源. 為克服傳統(tǒng)電磁換向閥的上述缺點(diǎn),作者在文獻(xiàn)中提出了一種新型節(jié)能的電磁換向閥,并對(duì)其進(jìn)行了模型試驗(yàn). 該閥由脈沖信號(hào)操作,可在電磁鐵斷電的情況下繼續(xù)工作,因而可節(jié)約能源.

　　動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是電磁換向閥設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,其中動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間尤為重要. 目前,在很多場合下,換向閥的換向時(shí)間是整個(gè)系統(tǒng)提高快速性的障礙,因而要求不斷提高電磁換向閥的響應(yīng)速度.

　　本文通過動(dòng)態(tài)特性仿真及參數(shù)變化與動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間之間關(guān)系的分析,提出了提高所設(shè)計(jì)的電磁換向閥響應(yīng)速度的方法.

1、結(jié)構(gòu)及工作原理

　　真空技術(shù)網(wǎng)前文中所提出的新型節(jié)能電磁換向閥為采用極化電磁機(jī)構(gòu)控制的直動(dòng)型兩位四通電磁換向閥,為保證通用性,閥體部分仍采用傳統(tǒng)電磁換向閥的閥體部分,僅對(duì)電磁鐵部分加以改進(jìn),電磁鐵的結(jié)構(gòu)如圖1 所示.

圖1 　電磁鐵結(jié)構(gòu)

　　當(dāng)給電磁鐵施加一正脈沖或負(fù)脈沖電壓時(shí),電磁鐵內(nèi)產(chǎn)生向右或向左的驅(qū)動(dòng)力,從而換向閥實(shí)現(xiàn)換向. 當(dāng)線圈不通電時(shí),電磁鐵則在永久磁鐵的作用下,保持在左端或右端的某一位置,因而當(dāng)電磁鐵斷電后,換向閥仍可繼續(xù)工作,從而實(shí)現(xiàn)了節(jié)能的目的.

2、數(shù)學(xué)模型

　　由于所設(shè)計(jì)電磁換向閥著重于電磁鐵部分的改進(jìn),因而動(dòng)態(tài)計(jì)算針對(duì)電磁鐵系統(tǒng)進(jìn)行,閥體部分看作是電磁鐵的負(fù)載. 電磁鐵的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型包括動(dòng)態(tài)微分方程及磁路方程兩部分,其中動(dòng)態(tài)微分方程如下式(式中忽略渦流影響) :

　　式中, U 為線圈勵(lì)磁電壓; R 為線圈電阻; i 、Ψ 分別為線圈電流和電磁系統(tǒng)全磁鏈; m 為電磁系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件歸算為鐵心極面中心的質(zhì)量; x 為電磁系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)部件歸算為鐵心極面中心的位移,運(yùn)動(dòng)部件包括閥芯及銜鐵兩部分; Fx 、Ff 相應(yīng)為折算到鐵心極面中心處動(dòng)態(tài)吸力和運(yùn)動(dòng)反力,其中運(yùn)動(dòng)反力Fx 包括閥芯所受的液動(dòng)力、液壓卡緊力以及粘性摩擦力.

　　在動(dòng)態(tài)微分方程求解的每一步均需調(diào)用求解磁路方程的子程序及電磁力負(fù)載反力等子程序,本文所設(shè)計(jì)電磁鐵為永磁與電磁相互作用的極化電磁鐵,磁路為多網(wǎng)孔結(jié)構(gòu),因而磁路方程需用拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)法進(jìn)行求解. 若忽略漏磁,但計(jì)及鐵心磁阻,則磁路可等效為如圖2 所示的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)圖,磁路方程

　　式中, [RL]為回路磁阻矩陣,為L ×L 階矩陣,L為回路數(shù),按圖2 ,L=3 ,

圖2 　等效拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)圖

　　由上式可求解[φL] ,從而解得各支路磁通向量[φb].