电磁阀（用电磁控制的工业设备）
VLoG
次浏览
更新时间：2023-05-19
电磁阀
用电磁控制的工业设备
电磁阀（solenoid valve）是指气体或液体流动的管路受电磁力控制开关的阀体。电磁阀一般包括电磁部件和阀体两部分。电磁部件被直接安装在阀体上，阀体被封闭在密封管中，构成一个简洁、紧凑的组合。电磁阀具有启停液路、控制液路方向、调节工质的流量和压力等功能。一般依据电磁阀动作执行的方式，可以将电磁阀分为直动式、先导式以及分步直动式三类。
基本信息
历史发展
1837年，美国发明家沃特·亨利（Joseph Henry）首次发现了电磁力的存在，并提出了用电磁力控制流体流动的设想，为电磁阀的发明奠定了基础。
第一台电磁阀由自动开关公司(Automatic Switch Company , ASCO)于1910年发明和制造。
在 1950 年代，制造商开始分销塑料模制电磁阀。改用塑料意味着电磁阀现在更高效、更可靠、更耐腐蚀、更耐化学腐蚀。
在 1990 年代，电磁阀标准化开始被创建，这使得国际贸易频率更高，公司之间的合作更容易，维护更容易。
基本结构
电磁阀一般包含电磁部件和阀体两部分。电磁部件被直接安装在阀体上，阀体被封闭在密封管中，形成紧凑的结构。
电磁部件包括：定铁芯、动铁芯、线圈等部件；阀体部分包括：滑阀芯、滑阀套、弹簧、底座等。另外，在密封腔的首尾或者中间位置有与外界管道连接的通孔，因此通常需要使用密封件来提高阀门的密封性。
基本工作原理
在电磁阀未通电的情况下，阀芯受底座的弹簧作用被顶住，此时，阀芯处在使阀门关断(或开启)的工作位置，又称为失电状态；而当电磁阀的线圈通电时，阀芯受线圈的电磁力吸收，克服弹簧的作用，从原来的工作位置移到的另一个工作位置，使电磁阀打开(或关断)，此时称为得电状态。
电磁阀的功能
启闭液路
电磁阀最基本的一个功能就是利用电磁力来控制阀芯的所处位置，从而控制管道液（气）路的开启和关闭。
控制液路方向
电磁阀用于控制液路方向的原理与启闭液路相似。当电磁阀的密封管道上有多个与外界连接的接口时，控制阀芯所处位置，可以选择性地关断或者开启液(气)路通道处地接口，从而实现液(气)路方向的控制。
因此又称只具有启闭液路功能的电磁阀未单向控制阀，而将具有液路方向切换功能的称为换向控制阀。
调节工质压力
用于调节工质压力的电磁阀，一般采用的是脉冲电信号，利用每个脉冲周期内电流接通和断开的时间比率(占空比)，来改变泄油口开启和关闭的时间比率，从而调节管道内介质的压力。
通常，占空比越大，电磁阀的泄油口开启时间越长，排出的介质越多，管道介质的压力越小；反之，占空比越小，管道介质的压力越大。
调节工质流量
电磁阀可以通过改变节流口通流面积或通流通道的长短来改变局部阻力的大小，从而实现对流量的控制。因此又称为流量控制阀。
特点
优点：电磁阀的具有结构紧凑、尺寸小、质量小、价格低廉、动作快、功率小、可靠性高、维护方便等诸多优点。另外，它的关闭密封良好，工作流体介质不会渗漏到阀外。并且能够分离载压流体和执行电子回路，无需复杂的侵入式布线或连接。
缺点：由于电磁阀在各种应用环境中用作执行器，它产生的故障可能导致系统崩溃。并且由于电磁阀的精度和质量取决于其密封性能，因此对密封线圈的要求较高，并且需要避免电磁阀暴露在腐蚀性溶剂以及温度和湿度较高的场合，防止其绝缘失效或退化。
电磁阀的分类
依据动作执行方式
直动式电磁阀
动作方式：当电源启动时，由电磁绕组产生的电磁力将闭合元件从阀座上抬起，使阀门开启；当电源被切断后，电磁作用力就会消失，而弹簧则会将闭合部件顶向阀座，从而使阀体闭合。
特点：结构简单，可以在负压甚至真空环境下使用，一般使用的管道直径较小。
主要应用：水管路系统，空调，采暖等场合。
先导式电磁阀
动作方式：通电时，电磁力将阀杆抬起来，使导阀口开启，阀芯上面迅速卸压，而下部的高压会将阀芯抬起，从而打开主阀口。断电时，阀杆会被弹簧顶会原处，导阀口被关闭，阀芯失去压差作用回到原处，使得主阀口闭合。
特点：密封性好，有较高流体压力的上限，但无法零压启动，
主要应用：农业灌溉、制动控制系统的回路压力调控等，装置传动机构。
分步直动式电磁阀：
动作方式：通电时，出入口压差较小时，先导小阀门和主阀门的阀杆电磁力直接抬起，从而打开阀门；当出入口压差较大时，先导小阀被电磁力打开，主阀的阀杆上部压力迅速下降，主阀杆被气压差抬起。断电时，先导小阀和阀杆失去电磁力被弹簧力关闭。
特点：是将直动式和分布式相结合，可以零压启动，启闭速度快，但功率较大，需要水平安装。
主要应用：液压控制系统。
依据电控方式分类
单电控电磁阀：
特点：有复位弹簧和一个电磁线圈，电磁线圈得电时滑阀才开启，电磁阀失电后电磁阀自动复位.
主要应用：气动控制回路。
双电控电磁阀：
特点：有两个电磁线圈，某个线圈得电瞬间移动滑阀,需要另一边线圈通电后才能换位。
主要应用：气动与液压系统中的方向控制元件。
依据驱动方式分类
电控型电磁阀
特点：操作简单，无需压缩空气，但是响应速度慢，控制精度和调节性能较差。
气控型电磁阀
特点：是控制精度高，响应速度快，工作稳定性好，适用种类广。
主要应用：汽车刹车系统，装置传动机构。
其他分类
分类依据 | 电磁阀类型/材质 | 工况要求/特点 |
气路通断方式 | 常闭型电磁阀 | 阀门较长的时间需要处在关闭状态 |
常开型电磁阀 | 阀门较长的时间需要处在开启状态 | |
电源电压条件 | 交流电磁阀 | 线圈提供的电磁力较强，对阀芯的吸力较大，容易烧毁线圈，有蜂鸣声，取电方便 |
直流电磁阀 | 线圈提供的电磁力较弱，对阀芯的吸力较小，不会烧毁线圈，无蜂鸣声，传输距离短 | |
流体工况 | 耐腐蚀/全不锈钢材质电磁阀 | 用于腐蚀性流体 |
食品级不锈钢材质电磁阀 | 用于食品等超净流体 | |
高粘度电磁阀 | 管道介质的粘度较高，一般≥50CST | |
耐高温材质电磁阀 | 流体温度较高 | |
特殊要求 | 防水电磁阀 | 用于环境湿度较高、或者有雨水淋滴的场合 |
防爆电磁阀 | 在易燃易爆环境下，尤其是地下煤矿井等场合 |
常见故障
电磁阀常见故障现象以及可能的原因
故障现象 | 可能的故障原因 |
电磁阀通电后不工作 | 相关导线接触不良 |
电源电压不正常 | |
内部线圈发生短路/断路故障 | |
工作压差不合适 | |
阀芯卡死 | |
电磁阀通电打开后不能复位 | 阀芯卡死 |
阀芯弹簧寿命已到或变形 | |
节流口或平衡孔堵塞 | |
工作介质温度黏度与电磁阀不适应 | |
电磁阀有泄漏 | 密封件损坏 |
弹簧装配不良 | |
连接处松动 |
应用领域
交通领域
汽车系统
电磁阀在汽车系统，既可以用于汽车的油气系统，也可以用于汽车的传动、控制系统，以及发动机燃油蒸汽回收系统等。典型的如下图所示的汽车喷油器，核心就是一个电磁阀。
电磁喷油器结构示意图
轨道车辆系统
电磁阀是铁路列车刹车系统中的关键电气装置。在汽车刹车系统中，核心制动控制单元(BCU)的设计包括：模拟转换阀、应急阀、称重阀、平衡阀等。其中模拟转换阀就包含了两个电磁阀用于进气和排气，而紧急阀就是两位三通电磁阀。
制冷领域
化工安全
- 用于可燃、易爆等流体输送系统的安全联锁保护，在出现潜在危险时，能迅速断开管网，预防恶性事故的出现。
- 在氢气制备和提取工艺中，(先导式)电磁阀可以将电流讯号转换为气压讯号，再将讯号放大驱动程序控制阀，而程控阀门每隔一段时间就会报警，从而确保过程的安全顺畅。
水利水电
利用电磁阀可以控制液路方向、和流量等功能，在水电站可以实现水压调控、旁通灌溉以及安全阀的多功能复用，大大减少工程投资。
医疗领域
在医护领域，如输液、尿路管理、积液引流等诸多需要对流体流量进行精细化管理的场合，常常利用电磁阀可以调节流量的功能，将其设计到医用呼吸机、医用洗手装置、医用多功能流量计等设备的流量控制单元内，从而实现流量的精密调控。
发展趋势
- 高性能化：未来电磁阀将更注重高速、高精度、高可靠性等性能，以满足各类工业应用的需求。
- 低功耗化：随着能源和环保的关注，电磁阀将朝着低功耗、节能的方向发展。
- 智能化：利用物联网、大数据、人工智能等技术，电磁阀将具备更强的自主控制和远程监控能力，提高系统效率。
- 集成化：电磁阀将越来越多地与传感器、控制器等电子元件集成在一起，减少系统复杂度，降低成本。
