电磁阀的工作原理

                                  电磁阀的工作原理

                            上海申弘阀门有限公司


电磁阀是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器；并不限于液压，气动。电磁阀用于控制液压流动方向，工厂的机械装置一般都由液压钢控制，所以就会用到电磁阀。 上海申弘阀门有限公司主营阀门有：减压阀(气体减压阀,可调式减压阀,波纹管减压阀,活塞式减压阀,蒸汽减压阀,先导式减压阀,空气减压阀,氮气减压阀,水用减压阀,自力式减压阀,比例减压阀)、安全阀、保温阀、低温阀、球阀、截止阀、闸阀、止回阀、蝶阀、过滤器、放料阀、隔膜阀、旋塞阀、柱塞阀、平衡阀、调节阀、疏水阀、管夹阀、排污阀、排气阀、排泥阀、气动阀门、电动阀门、高压阀门、中压阀门、低压阀门、水力控制阀、真空阀门、衬胶阀门、衬氟阀门。电磁阀是用电磁控制的工业设备，用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。电磁阀是用电磁的效应进行控制，主要的控制方式由继电器控制。这样，电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。

纵观国内外电磁阀，到目前为止，从动作方式上可分为三大类即：直动式、反冲式、先导式，而从阀瓣结构和材料上的不同以及原理上的区别反冲式又可分为：膜片式反冲电磁阀、活塞式反冲电磁阀；先导式又可分为：先导式膜片电磁阀、先导式活塞电磁阀；从阀座及密封材料上分又可分为：软密封电磁阀、钢性密封电磁阀、半钢性密封电磁阀。  
一、直动式电磁阀 
原理：常闭型直动式电磁阀通电时，电磁线圈产生电磁吸力把阀芯提起，使关闭件离远开阀座密封副打开；断电时，电磁力消失，靠弹簧力把关闭元件压在阀座上阀门关闭。（常开型与此相反）,  
特点：在真空、负压、零压差时能正常工作，DN50以下可任意安装，但电磁头体积较大。如我公司引进HERION公司技术生产的直动电磁阀可用于1.33×10-4 Mpa真空。  
二、反冲型电磁阀
原理：它的原理是一种直动和先导相结合，通电时，电磁阀先将辅阀打开，主阀下腔压力大于上腔压力而利用压差及电磁阀的同时作用把阀门开启；断电时，辅阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动便阀门关闭。)
 
特点：在零压差或高压时也能可靠工作，但功率及体积较大，要求竖直安装。


三、先导式电磁阀 
原理：通电时，电磁力驱动先导阀打开先导阀，主阀上腔压力迅速下降，在主阀上下腔内形成压差，依靠介质压力推动主阀关闭件上移，阀门开启；断电时，弹簧力把先导阀关闭，入口介质压力通过先导孔迅速进入主阀上腔在上腔内形成压差，从而使主阀关闭。
 
特点：体积小，功率低，但介质压差范围受限，必须满足压差条件。两位三通电磁阀通常与单作用气动执行机构配套使用，两位是两个位置可控：开-关，三通是有三个通道通气，一般情况下1个通道与气源连接，另外两个通道1个与执行机构的进气口连接，1个与执行机构排气口连接，具体的工作原理可以参照单作用气动执行机构的工作原理图。 
两位五通电磁阀通常与双作用气动执行机构配套使用，两位是两个位置可控：开-关，五通是有五个通道通气，其中1个与气源连接，两个与双作用气缸的外部气室的进出气口连接，两个与内部气室的进出气口接连，具体的工作原理可参照双作用气动执行机构工作原理 
在气路(或液路)上来说，两位三通电磁阀具有1个进气孔(接进气气源)、1个出气孔(提供给目标设备气源)、1个排气孔(一般安装一个消声器，如果不怕噪音的话也可以不装@_@)。 
两位五通电磁阀具有1个进气孔(接进气气源)、1个正动作出气孔和1个反动作出气孔(分别提供给目标设备的一正一反动作的气源)、1个正动作排气孔和1个反动作排气孔(安装消声器)。
 
对于小型自动控制设备，气管一般选用8~12mm的工业胶气管。在电气上来说，两位三通电磁阀一般为单电控(即单线圈)，两位五通电磁阀一般为双电控(即双线圈)。线圈电压等级一般采用DC24V、AC220V等。
 
两位三通电磁阀分为常闭型和常开型两种，常闭型指线圈没通电时气路是断的，常开型指线圈没通电时气路是通的。
 
常闭型两位三通电磁阀动作原理：给线圈通电，气路接通，线圈一旦断电，气路就会断开，这相当于“点动"。 
常开型两位三通单电控电磁阀动作原理：给线圈通电，气路断开，线圈一旦断电，气路就会接通，这也是“点动"。
两位五通双电控电磁阀动作原理：给正动作线圈通电，则正动作气路接通(正动作出气孔有气)，即使给正动作线圈断电后正动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给反动作线圈通电为止。 给反动作线圈通电，则反动作气路接通(反动作出气孔有气)，即使给反动作线圈断电后反动作气路仍然是接通的，将会一直维持到给正动作线圈通电为止。这相当于“自锁"。 
基于两位五通双电控电磁阀的这种特性，在设计机电控制回路或编制PLC程序的时候，可以让电磁阀线圈动作1~2秒就可以了，这样可以保护电磁阀线圈不容易损坏。 
电磁阀在液路系统中用来实现液路的通断或液流方向的改变，它一般具有一个可以在线圈电磁力驱动下滑动的阀芯，阀芯在不同的位置时，电磁阀的通路也就不同。阀芯的工作位置有几个，该电磁阀就叫几位电磁阀：阀体上的接口，也就是电磁阀的通路数，有几个通路口，该电磁阀就叫几通电磁阀。 电磁阀安装后，一般所有接口都应该是连接好了的，所谓工作位置指的是阀芯的位置。阀芯在线圈不通电时处在甲位置，在线圈通电时处在乙位置，阀芯在不同位置时，对各接口起到或接通或封闭的作用。
 电磁阀二位是指电磁阀的阀芯有两个不同的工作位置（开、关）。 电磁阀二通、三通指电磁阀的阀体上有两个、三个通道口； 比如二位二通电磁阀是一进一出（二个通道、普通常见）
二位三通电磁阀控制液体是一进二出（两出分别是一个常开一个常闭）；气动换向电磁阀是一进一出一排气；液压一进一出一回油。 

国内外的电磁阀从原理上分为三大类（即：直动式、分步直动式、先导式），而从阀瓣结构和材料上的不同与原理上的区别又分为六个分支小类（直动膜片结构、分步重片结构、先导膜式结构、直动活塞结构、分步直动活塞结构、先导活塞结构)。
 直动式电磁阀：原理：通电时，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，阀门打开；断电时，电磁力消失，弹簧把关闭件压在阀座上，阀门关闭。 
特点：在真空、负压、零压时能正常工作，但通径一般不超过25mm。 出口没有压差时，通电后，电磁力直接把先导小阀和主阀关闭件依次向上提起，阀门打开。当入口与出口达到启动压差时，通电后，电磁力先导小阀，主阀下腔压力上升，上腔压力下降，从而利用压差把主阀向上推开；断电时，先导阀利用弹簧力或介质压力推动关闭件，向下移动，使阀门关闭。
特点：在零压差或真空、高压时亦能可*动作，但功率较大，要求必须水平安装。
先导式电磁阀：
原理：通电时，电磁力把先导孔打开，上腔室压力迅速下降，在关闭件周围形成上低下高的压差，流体压力推动关闭件向上移动，阀门打开；断电时，弹簧力把先导孔关闭，入口压力通过旁通孔迅速腔室在关阀件周围形成下低上高的压差，流体压力推动关闭件向下移动，关闭阀门。
 特点：
流体压力范围上限较高，可任意安装(需定制)但必须满足流体压差条件 图中杆状的物体就是通过电控制的阀杆，利用电磁力可以将阀杆打开或者关闭。下面以气动系统为例子说明电磁阀在工业控制中的应用。所谓气动系统，就是以气体为介质的控制系统。气动系统中，这种能源的介质通常就是空气。在真正使用的时候，通常把大气中的空气的体积加以压缩，从而提高它的压力。压缩空气主要通过作用于活塞或叶片来作功。

气动系统中，电磁阀的作用就是在控制系统中按照控制的要求来调整压缩空气的各种状态，气动系统还需要其他元件的配合，其中包括动力元件、执行元件、开关、显示设备及其它辅助设备。动力元件包括各种压缩机，执行元件包括各种气缸。这些都是气动系统中*的部分。而阀体是控制算法得以实现的重要设备。
比如单向阀让压缩空气从压缩机进入气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动；安全阀当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出；方向控制阀通过对气缸两个接口交替地加压和排气，来控制运动的方向；速度调节阀能简便实现执行元件的无级调速。

气路系统： 油路系统： 冷冻系统：
A　进气过滤器 J　油箱 P　冷冻压缩机
B　空气进气阀 K　恒温旁通阀 Q　冷凝器
C　压缩机主机 L　油冷却器 R　热交换器
D　单向阀 M　油过滤器 S　旁通系统
E　空气／油分离器 N　回油阀 T　空气出口过滤器
F　小压力阀 O　断油阀
G　后冷却器
H　带自动疏水器的水分离器
气动系统的示意图
电磁阀不但能够应用在气动系统中，在油压的系统、水压的系统中也能够得到相同或者类似的应用，比如低功率不供油小型电磁换向阀，密封件不需供油，排出的气体不会污染环境，可用于食品、医药、电子等行业。

电磁换向阀
现在，电磁阀技术与控制技术、计算机技术、电子技术相结合，已经能够进行多种复杂的控制。比如可以把电磁阀应用在智能控制领域，应用在无线控制技术等方面。电磁阀正是因为能够用电磁进行控制，所以它能与现在的各种电子系统很好地接口，这也是它得到广泛应用的一个主要原因。
电磁阀已经广泛地应用在生产的各个领域中，随着电磁控制技术和制造工艺的提高，电磁阀能够实现更加精巧的控制，为实现不同的气动系统、液压系统发挥它的作用。
电磁阀的工作原理：
电磁阀里有密闭的腔，在的不同位置开有通孔，每个孔都通向不同的油管，腔中间是阀，两面是两块电磁铁，哪面的磁铁线圈通电阀体就会被吸引到哪边，通过控制阀体的移动来档住或漏出不同的排油的孔，而进油孔是常开的，液压油就会进入不同的排油管，然后通过油的压力来推动油刚的活塞，活塞又带动活塞杆，活塞竿带动机械装置动。这样通过控制电磁铁的电流就控制了机械运动。
电磁阀的结构原理
一：直动式电磁阀
有常闭型和常开型二种。常闭型断电时呈关闭状态，当线圈通电时产生电磁力，使动铁芯克服弹簧力同静铁芯吸合直接开启阀，介质呈通路；当线圈断电时电磁力消失，动铁芯在弹簧力的作用下复位，直接关闭阀口，介质不通。结构简单，动作可靠，在零压差和微真空下正常工作。常开型正好相反。如小于φ6流量通径的电磁阀。（图一是典型结构图）
二、分步直动式电磁阀
该阀采用一次开阀和二次开阀连在一体，主阀和导阀分步使电磁力和压差直接开启主阀口。当线圈通电时，产生电磁力使动铁芯　　和静铁芯吸合，导阀口开启而导阀口设在主阀口上，且动铁芯与主阀芯连在一起，此时主阀上腔的压力通过导阀口卸荷，在压力差和电磁力的同时作用下使主阀芯向上运动，开启主阀介质流通。当线圈断电时电磁力消失，此时动铁芯在自重和弹簧力的作用下关闭导阀孔，此时介质在平衡孔中进入主阀芯上腔，使上腔压力升高，此时在弹簧复位和压力的作用下关闭主阀，介质断流。结构合理，动作可靠，在零压差时工作也可靠。如：ZQDF，ZS，2W等。（图二是典型结构图）
三、间接先导式电磁阀
该系列电磁阀由先导阀和主阀芯着形成通道组合而成；常闭型在未通电时，呈关闭状态。当线圈通电时，产生的磁力使动铁芯和静铁芯吸合，导阀口打开，介质流向出口，此时主阀芯上腔压力减少，低于进口侧的压力，形成压差克服弹簧阻力而随之向上运动，达到开启主阀口的目的，介质流通。当线圈断电时，磁力消失，动铁芯在弹簧力作用下复位关闭先导口，此时介质从平衡孔流入，主阀芯上腔压力增大，并在弹簧力的作用下向下运动，关闭主阀口。常开式原理正好相反。如：SLA，DF（φ15以上口径），ZCZ等。（图三是典型结构图）
电磁阀的选型
一：适用性
管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致。
流体的温度必须小于选用电磁阀的标定温度。
电磁阀允许液体粘度一般在20CST以下，大于20CST应注明。
工作压差，管路高压差在小于0.04MPa时应选用如ZS,2W,ZQDF,ZCM系列等直动式和分步直动式；低工作压差大于0.04MPa时　　可选用先导式（压差式）电磁阀；高工作压差应小于电磁阀的大标定压力；一般电磁阀都是单向工作，因此要注意是否有反压差，如有安装止回阀。
流体清洁度不高时应在电磁阀前安装过滤器，一般电磁
阀对介质要求清洁度要好。
注意流量孔径和接管口径；电磁阀一般只有开关两位控制；条件允许请安装旁路管，便于维修；有水锤现象时要定制电磁阀的开闭时间调节。
注意环境温度对电磁阀的影响
电源电流和消耗功率应根据输出容量选取，电源电压一般允许±10%左右，必须注意交流起动时VA值较高。
二、可靠性
电磁阀分为常闭和常开二种；一般选用常闭型，通电打开，断电关闭；但在开启时间很长关闭时很短时要选用常开型了。
寿命试验，工厂一般属于型式试验项目，确切地说我国还没有电磁阀的专业标准，因此选用电磁阀厂家时慎重。
动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列。
三、安全性
一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，工厂可以定做。
电磁阀的高标定公称压力一定要超过管路内的高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况。
有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀。
爆炸性环境必须选用相应的防爆产品。
四、经济性
有很多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用的产品本文相关的论文有：中国阀门产值递增