PDF《比例电磁阀变频率 PWM 驱动方法》

而PWM 频率的选择对电磁阀二 次压力的稳定性和自身功耗有很大影响.如果频 率过低, 电磁阀衔铁将会跟随 PWM 波形大幅振 动;

如果 频率过高, 具有电感特性的电磁阀将PWM 整流为过于稳定的驱动信号, 过大的静摩 擦力将会影响比 例电磁阀的控制精度和动态性 能;

PWM 频率过大还会导致电磁线圈的铁损过 高.理想的比例电磁阀 PWM 驱动方法需要使阀 芯保持一定振幅 的同时可以输出稳定的二次压 力[

2 ] . 三一重机S Y

1 3 5挖掘机配置的 K PM 半电控 泵K3V和全电控泵 K

7 V 分别使用比例电磁阀来 控制双泵总功率和调整双泵排量.作为整机控制 的关键元件, 实现电磁阀的有效控制将在很大程 度上影响系统的稳定性[

3 n5] ;

同时, 比例电磁阀的 频响特性和负载能力也会影响挖掘机快速响应的 能力.为提升比例电磁阀输出压力的稳定性并降 低能耗, 一种根据占空比变化改变 PWM 频率的 方法被用于比例电磁阀驱动.根据比例电磁阀控 制所需占空比的不同采用不同的 PWM 频率, 使 比例电磁阀达到输出压力稳定、 防止阀芯卡滞和 降低功耗的目的.为了便于测试, 本文设计了基 于S TM

3 2单片机的电磁阀控制器, 能够根据不 同占空比输出不同频率的 PWM. ・

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0 1 ・ 中国机械工程第2 6卷第8期2

0 1 5年4月下半月 1”壤绱欧Э刂铺匦苑治 K PM nK3V系列电控泵利用比例电磁阀来控 制泵的总功率, 而K7V系列全电控泵的双泵控制 完全依靠比例电磁阀进行排量的调节, 比例电磁 阀自身的动态特性对电液控制系统的健壮性有很 大影响, 因此比例电磁阀成为机电液一体化控制 中的关键器件.为便于分析, 比例电磁阀的电气 控制回路可以简化为电阻和电感的串联, 而机械 控制部分则可以表示为衔铁质量块、 气隙阻尼和 回位弹簧的二阶振荡系统, 并且其电气系统和机 械系统互相耦合. 1. 1」β仕鸷 电磁阀在工作中会产生各种 形式的功率损耗, 主要包括铜损和铁损两方面. 其中, 铜损(壳PC u = I

2 r)是指电流通过电磁铁线圈发热而损 失的功率[

6 ] , 而铁损( 壳PF e =壳Ph +壳Pe)包括磁 滞损耗和涡流损耗[ 7] .磁滞损耗为铁磁材料在反 复磁化过程中消耗的功率. 磁滞损耗 壳Ph 正比 于交变磁化的频率f、 铁心的体积V 和迟滞回线 所包围的面积, 其大小与铁磁材料的性质 h、 磁化 频率和磁感应强度的最大值 Bm 有关.计算磁滞 损耗的经验公式为 壳Ph =hfBn m V (

1 ) 其中, 指数n与Bm 有关. 由于电磁铁的闭合铁芯处于交变磁场中, 交 变的磁通量使闭合铁芯中产生感应电流( 即涡电 流) , 由涡电流产生的铁损部分称为涡流损耗.对 于特定的比例电磁阀, 涡流损耗与交变磁化的频 率f 以及磁感应强度的最大值Bm 的二次方成正 比, 其经验公式为 壳Pe =ef2B2 m V (

2 ) 式中, e为与电磁阀铁芯材料和结构有关的常数. 由上可知: 驱动比例电磁阀的 PWM 信号频 率过高将会导致过多的功率损失, 增加电磁阀的 磁滞损耗和涡流损耗.在保证比例电磁阀二次压 力稳定的前提下, PWM 频率应尽可能地低. 1.

2 机械系统传递函数 比例电磁阀由衔铁弹簧组成的机械系统的传 递函数为 X( s ) 壳F( s )=

1 / K s

2 / 2m+2 ms/m +1 (

3 ) 其中, m 表示衔铁弹簧组成的二阶振荡系统的谐 振频率;