电磁线圈

电磁线圈（精选7篇）

电磁线圈 篇1

一、故障现象

黄骅港的翻车机液压系统中, 用到了大量的电磁阀, 电磁阀的驱动电压采用直流24V。电磁阀线圈的防护等级较高, 密封较好, 但是由于翻车机作业环境恶劣, 煤块经常冲击电磁阀线圈插头, 造成线圈接线柱经常裸露在外, 再加上翻车机作业时为了抑尘必须洒水, 所以经常出现线圈接线柱腐蚀断裂的情况, 严重影响生产的顺利进行。

二、线圈插头腐蚀原因分析

由于接线柱处有水存在, 且水中含有盐分, 充当了电解质的作用, 不可避免地出现了原电池反应。

1. 对于负极, 在线圈通电的过程中, 电子全部流向负

极, 负极的接线柱表面腐蚀电流降至零或接近于零, 这样就抑制了接线柱失去电子的作用, 从而防止了接线柱的腐蚀。所以接线柱的负极都是完好无损的。

2. 对于正极, 情况则相反, 不但没有阴极保护, 反而

成了“牺牲阳极的阴极保护法”中被牺牲的阳极, 化学反应方程式为:Cu-2e=Cu2+。

因此, 即使化学性质并不活泼的铜, 也很快被腐蚀, 接线柱出现断裂, 造成故障停机。

三、改进措施

在现有线圈接线柱上镀一层锡, 如图1所示。

锡是一种比铜活泼的金属, 并且由于其熔点比较低, 非常容易操作, 用普通的电烙铁就可以完成接线柱的镀锡工作。在接线柱上镀锡后, 在原电池反应中, 锡充当了阳极, 铜充当了阴极, 从而受到了保护。这样, 可以大大延长线圈接线柱的寿命, 节约了备件成本, 降低了故障率。

四、改进成效

定购了一批不锈钢接线柱的电磁阀线圈, 逐步替代现有的普通线圈后, 现有的备件都进行了镀锡处理, 使得线圈的适应能力有了很大提高, 即使线圈在潮湿的情况下, 寿命也很长。节约了大量备件成本, 提高了设备完好率。

电磁线圈 篇2

现在MRI已有广泛应用与临床,对医学诊断具有重要的意义。开放式磁共振成像系统由于其开放的结构,所以能为被检查者提供比较舒适的环境,非常适合于有幽闭症的患者进行检查,另外,开放式磁共振系统为介入治疗提供便利。

目前国内外对垂直场下的射频发射线圈研究相对较少。最初用于垂直场磁共振成像系统的射频线圈是马鞍形线圈[1],这种线圈具有较好的均匀性和较高的发射效率,但是这种线圈相对封闭,不适合用于开放式磁共振成像系统,因此被后来出现的平板射频发射线圈所取代[2,3]。目前在商业化的磁共振成像系统中还出现了一种圆盘形的平面射频发射线圈[4]。但目前还没有相关的文献对这种线圈进行分析研究。和常规的线圈相比,这种线圈结构比较特殊,如图1所示,利用解析的方法对这种线圈进行求解分析是比较困难的。另外一种分析方法是用电磁场数值计算的方法来进行分析。本文尝试了用Ansoft Maxwell的涡流场求解器进行对上述线圈的磁场分布特性进行了分析。在下文中,首先介绍了这种线圈的结构,然后用等效电路的方法对线圈的谐振特性进行了分析,在此基础上应用电磁场数值计算的方法对不同谐振模式下,线圈内的电流分布以及相应模式下所产生的射频磁场的分布特性进行分析。最后对一个用于0.23T开放式磁共振系统的平面射频发射线圈的射频场进行了分析,并与实测数据进行了比较。

2 等效电路模型分析

本文介绍的平面射频线圈的结构如图1所示,线圈包括上下两个相同的平面线圈,每个线圈都由中心圆导体、外导体环构成。中心导体与外环回路之间均匀地分布着若干容值相同的电容。这种线圈在电气机构上与鸟笼线圈非常相似,因此也可以用一个集中参数的梯形低通网络等效电路模型进行分析[5],如图2所示。N个电容将线圈均匀地分为N段,构成N个电流回路,其中,L是第n段内导体的等效自感,L'是第n段外导体回路的等效自感,C是第n个电容器的容值,In是第n个回路的电流。如果忽略了各导体段之间的互感,根据基尔霍夫电压定律,对上述电路求解可以得到的谐振频率为:

其中,ω为线圈的谐振频率;m为线圈的谐振模式;由式(1)可知,这种平面线圈具有和鸟笼线圈相似的多个谐振点,m取不同值对应线圈不同的谐振点,对一个分成N段的线圈,总共具有N/2+1个谐振模式。当m=0时,ω=0,即此时线圈中没有谐振现象,所以对于低通型线圈,通常不考虑这种情况。需要注意的是,由于式(1)忽略各段之间的互感,由式(1)得到的谐振频率会比实际的谐振频率偏低[6]。

根据对鸟笼线圈的分析结果可知,对于上述低通结构的平面线圈,各跨接在线圈内外导体之间的电容上流过的电流按照余弦分布[7],即:

其中,n为各段的序号;K为一个与n无关的常数。对于鸟笼线圈,不同的谐振模式下,线圈的各条腿上的电流分布不同,在线圈内产生的磁场差异也很大。对于上述平面线圈,不同的模式下,中心导体中的电流分布不同,因此在线圈平面附近区域内产生的磁场也各不相同。

3 不同谐振模式下的磁场分布特性

虽然上述平面线圈具有和鸟笼线圈相似的谐振特性,但是产生均匀的射频场的机理却完全不同。通电电流密度按照正弦分布的无限长圆柱面能在圆柱内产生一个均匀的磁场。鸟笼线圈正是依据这个原理,使各条腿中的电流按正弦分布,从而在线圈内产生一个非常均匀的磁场。但是对于上述平面线圈,原理上类似于无限大均匀载流平面在其上下两侧产生均匀的磁场,但是由于线圈工作在高频,而且线圈平面面积有限,因此只能在成像区域内产生一定均匀度的射频磁场。磁场的空间分布主要由流过内外导体上的电流决定,特别是内导电平面中电流的分布对所产生的磁场的分布是非常重要的。在射频条件下,电流在导体中集肤效应非常显著,另外由跨接在内外导体中的电容注入中心平板的电流对中心圆导体中的电流分布也有很大的影响,因此,要用解析的方法得到中心平板的电流分布,从而计算出线圈产生的磁场是比较困难的。

本文以一个分为8段的一个平面线圈为例,分析了m=1,2,…,4四种模式下,中心导体平面内的电流分布及其附近的磁场分布。线圈的中心导体的直径为700mm,内外导体之间的间隙为10mm,外导电环的宽度为15mm,将线圈均匀地分为8段,如图3所示。在内外导体的连接处设置电流激励,其中电流的分布按照式(2)进行计算,n的位置如图3所示。求解器选择涡流场求解器。求解频率为9.82 MHz。计算结果如图4所示,其中左侧为平面线圈上的电流密度分布图,右边为距离线圈190mm的平面内的磁场强度矢量的分布图。从图4可以看出,只有在模式1(m=1)时,平面线圈的中心导体中电流方向是基本一致的,从导体的一端流到另一端,只有一个宏观的电流方向,在距离线圈190mm的平面内可以在靠近中心的区域内产生一个与电流方向垂直的比较均匀的磁场。而在其他模式下,由于中心导体内的电流有多个宏观的电流流向,由这种电流分布产生的磁场在空间中的分布很不均匀,特别是在靠近线圈中心轴线附近的区域,磁场强度的方向各异,幅值也很低,均匀性很差,如图4所示。对于射频发射线圈来说,最重要的就是要获得均匀的射频磁场,这样才能使成像区域内的样品的核磁矩获得相同的翻转角度。因此,只有模式1能用于磁共振成像中的射频激发。

4 平面射频发射线圈均匀性计算

根据上述对不同模式下,线圈产生的磁场的分析结论,本文按照实际尺寸设计的分为8段的射频线圈的磁场分布特性。线圈的3D模型如图5所示,发射线圈包括上下两个平面线圈,单个线圈的模型与前文中的模型相同,上下两线圈的间距为380 mm,线圈到屏蔽板的距离为35 mm。在每一段连接内外导体的连接处施加电流激励,电流的每一段中电流的大小按照式(2)计算,其中按照K=1,m=1进行计算。要在两板之间产生均匀的磁场,上下两中心导体中流过的电流必须大小相等,方向相反。本文中使上板中的电流沿X轴负方向,下板中的电流沿X轴正方。求解频率选择为9.82 MHz(对应0.23T磁共振成像系统)。设定两线圈之间直径300 mm的球内为成像区域,其磁场强度的分布图如图6所示。可以看出,沿Z轴方向,磁场在中心点最低,越靠近线圈平面场越强。在XY平面内,磁场在中心点最强,远离中心点后,磁感应强度的值逐渐降低,沿Y方向,线圈磁场衰减得比较快,沿X轴的衰减比较慢,在300 mm的球内,最大值点位于Z轴上距离中心150mm的点,而最小值点位于Y轴上距离中心150 mm处。

下面将上述计算结果与本实验室自制的与上述模型尺寸相同的平板射频线圈的测量数据进行了对比。图7所示即为测量线圈实物图。这里主要比较了沿轴线上的磁场强度矢量B(r)沿Y轴的分量By(r)的分布曲线,r为空间位置坐标。为了便于比较,计算值和实测值都用原点的值By(0,0,0)进行标定。从图8中可以看出,计算值与测量值吻合得很好,由此也验证了上述仿真方法的准确性。

5 结论

本文对目前的一种用于开放式磁共振成像系统的平面射频发射线圈进行了分析,在理论分析的基础上,对其在不同模式下的电流分布特性及其磁场分布特性进行了分析,分析的主要工具是ansof maxwell3 D有限元计算软件。另外还按照实际的尺寸分析了一个分成8段的平面射频线圈的磁场的均匀性,并对计算数据和实测数据进行了比较,结果表明计算值与实测值非常吻合,由此也验证了此分析方法的可行性与准确性。希望本文的分析结果能为其他相关设计人员提供设计参考。

摘要：对一种应用在垂直场磁共振成像系统上的平面射频发射线圈进行了分析研究。首先用集中参数的等效电路模型对线圈的谐振频率及谐振模式进行了理论分析,在此基础上利用电磁场数值计算的方法对这种线圈在不同的谐振模式下的电流分布及磁场分布进行了研究。最后还对一个分成8段的平面射频发射线圈的射频场的空间分布进行了仿真。结果表明,这种线圈在300 mm的球内,磁场强度偏离中心点最大不超过15.2%,计算结果与实测结果是吻合的。

关键词：磁共振成像(MRI),射频线圈,垂直场,电磁场数值计算

参考文献

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[6]Jin Jianming.Electromagnetic analysis and design in mag-netic resonance imaging[M].Boca Raton,CRC,1999.

电磁线圈 篇3

电磁线圈在电力系统中应用非常广泛,在高压电器领域,电磁线圈应用在高压断路器的合闸回路及分闸回路中。高压断路器是电力系统中最重要的开关设备,正常运行时,断路器可以接通和切断电气设备的负荷电流;在电力系统发生短路故障时则能可靠切断短路电流,防止事故扩大,保证电力系统安全运行,因此断路器的操控是电力系统最重要的操作控制。跳闸操作:断路器控制器发出分闸命令,分闸电磁线圈励磁,启动阀系统或挚子系统,通过液压或弹簧力的释放,驱动断路器灭弧室的主触头,完成断路器的分闸操作,当断路器跳闸操作完成即刻,断路器的动合触头(辅助开关)QF1立即断开,断开分闸电磁线圈回路。合闸操作:断路器控制器发出合闸命令,合闸电磁线圈励磁,启动阀系统或挚子系统,通过液压或弹簧力的释放,驱动断路器灭弧室的主触头,完成断路器的合闸操作,当断路器合闸操作完成即刻,断路器的动合触头(辅助开关)QF2立即断开,断开合闸电磁线圈回路。

在许多应用电磁线圈的场合,特别是应用在高压断路器中,要求电磁线圈体积小、功率大,为确保电磁线圈安全,电磁线圈的通电时间有严格限制。如果断路器的动合触头(辅助开关)出现故障,无法迅速完成合闸向分闸的转换,这样电磁线圈无法及时断电,使电磁线圈因通电时间过长而烧毁;还有一些故障是电磁线圈因通电时间延长,使电磁线圈过热,导致电磁线圈绝缘损坏。

根据电力集团公司、省(自治区、直辖市)电力公司(局)的统计,从1990年到1999年10年中,10～220 k V等级配电开关共发生事故1 608次,其中拒分事故发生331次,占事故总数的20.6%;拒合事故发生了90次,占事故总数的5.6%,这种拒分、拒合故障中,多数电磁线圈由于不能限时断电而烧毁。因此电磁线圈限时通电及确保电磁线圈安全运行,一直是电力系统中倍受关注的问题。

另外,电磁线圈中电流由导通转断开的过程,会产生很高的感应电动势,危及电磁线圈的绝缘。

1 XQB系列电磁线圈保护装置的原理

1.1 电磁线圈损坏原因

温度是一个基本的物理量,许多设备的故障是由过热而造成的。在正常运行时,电磁线圈在规定时间段内,工作电流产生的能量转变为热能,使线圈温度升高,一般不会超出规定范围;但如果通过工作电流时间超过规定值,会使电磁线圈过热,而使线圈的物理性能及绝缘性能迅速下降,甚至损坏线圈。另一个原因是过高的反电动势,使线圈匝间绝缘受到破坏。

1.2 XQB系列电磁线圈保护装置的原理框图

ZH-XQB型电磁线圈保护装置的原理框图见图1。

1.3 工作原理

1)直流电磁线圈通电工作。直流电源“+”端经开关K、辅助开关触点PK后,接到保护器端子1,开关电源立即工作;同时电源又经延时触点P1、保护器端子4及直流电磁线圈回到直流电源“-”端,直流电磁线圈启动工作(例如完成分闸操作)。

2)吸收反向电动势电路。当辅助开关触点断开电源时,保护器内部“吸收反向电动势电路”工作,吸收断开电源时产生的反向电动势,延长了直流电磁线圈的使用寿命。

3)延时控制电路。当直流电磁线圈控制器电路有故障不能即时断开电磁线圈电路时,线圈保护器内部的“延时控制电路”在2 s左右强行断开直流电磁线圈电路,从而确保直流电磁线圈不会烧坏。

4)消弧电路。为了削弱辅助开关触头断电拉弧,可将保护器内部“消弧电路”从保护器端子3号,连接到通断的“触点”前,就可消除通断形成的电弧。

5)抗干扰限幅电路。抗干扰限幅电路可以削弱串入保护器的强干扰电压幅值。

2 主要功能及抗扰度试验

2.1 主要功能

2.1.1 限时断电功能

利用电磁线圈动模实验仪,对电磁线圈保护装置(UDC=220 V,限时2 s)进行了检验,数据见表1。

检验表明:ZH-XQB型电磁线圈保护器限时断电时间为2±0.5 s。

2.1.2 断路器合、分闸线圈反向电动势的吸收能力

断路器合、分闸线圈反向电动势吸收能力检验电路如图2所示,检验数据如表2所示。

结论:电磁线圈保护装置能吸收在65%～120%额定电压下各种线圈反向电动势的70%～80%。

2.2 ZH-XQB电磁线圈保护装置的电磁兼容试验

试验在国家继电器质量监督检验中心进行。

2.2.1 振荡波抗扰度检验

对ZH-XQB电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了共模2.5 k V,差模1 k V的振荡波抗扰度检验,检验表明:严酷度为Ⅲ级。

2.2.2 电快速瞬变脉冲群抗扰度检验

对ZH-XQB电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了±2 k V、5 k Hz的电快速瞬变脉冲群抗扰度检验,检验表明:严酷度为Ⅲ级。

2.2.3 浪涌抗扰度检验

对电磁线圈保护器的电源、输出回路进行了线对地±2 k V,线对线±1 k V的浪涌抗扰度检验,检验表明:严酷度为Ⅲ级。

2.2.4 工频磁场抗扰度检验

采用浸入法对电磁线圈保护器施加连续磁场30 s(磁场强度10 0A/m),短时磁场3 s(磁场强度300 A/m)。检验表明:严酷度为Ⅴ级。

3 XQB系列电磁线圈保护器的应用

3.1 用于高压断路器合、分闸线圈保护

高压断路器合、分闸线圈中接入ZH-XQB型电磁线圈保护器后,该高压断路器的合、分闸功能及合、分闸时间满足该断路器技术要求;由于增加了限时断电功能及反向电动势吸收功能,更有效地保护了合、分闸线圈。ZH-XQB型电磁线圈保护器已大量应用于西安高压开关厂、平顶山高压开关厂及北京开关厂生产的高压SF6断路器产品中。LW25-126型断路器的合、分闸线圈中接入ZH-XQB型电磁线圈保护器检测数据见表3(UDC=220 V)。

3.2 用于电磁阀线圈保护

电磁阀线圈(UDC=220 V,线圈电阻6 000Ω)工作于瞬间通电或断电,它不长期通电,所以线圈发热的影响可以不考虑。但是这种线圈电感量大,而且通—断电流变化率di/dt大,因此会产生很高的感应电动势,如果没有感应电动势吸收电路,会破坏线圈内绝缘,损坏电磁阀线圈,在这种场合可以应用ZH-XQB型电磁线圈保护器。

4 结语

高压断路器的拒分、拒合故障中,多数电磁线圈不能限时断电而烧毁;另外,电磁线圈在通—断过程中产生的高反向电动势,因没有反电势吸收电路而损坏线圈内绝缘。因此,高压断路器的合、分闸线圈中接入ZH-XQB型电磁线圈保护器,可以有效地保护合、分闸线圈。ZH-XQB型电磁线圈保护器也可以用于保护电磁阀线圈。

摘要：介绍了ZH-XQB系列电磁线圈保护装置的原理,阐述了保护装置的主要功能和抗扰度试验,列举了装置的应用范围。结果证明:ZH-XQB电磁线圈保护装置的限时断电和反向电动势吸收功能,可以有效保护高压断路器的合、分闸线圈,也可以保护电磁阀线圈。

电磁线圈 篇4

关键词：增强线圈,电磁谐振,无线供电,输出电压

0 引言

电磁谐振式无线供电技术在移动电话、笔记本电脑和电动汽车充电方面的应用前景很好,是一种应用范围更宽的新型技术[1~3]。传输效率是电磁谐振式无线供电系统的主要性能指标,根据磁耦合谐振式无线能量传输机理,系统谐振频率是影响传输效率的最直接的因素,欲提高传输效率,需提高谐振频率。然而系统工作温度的变化和线圈绕制的误差等因素都会使谐振频率发生变化,从而影响到系统的传输效率;另一方面,如果将谐振频率值设计得过大,则会使系统的寄生参数增加,系统的无功功率增大,造成功率的浪费。所以,在系统谐振频率确定后,可以在初次级线圈之间增加增强线圈以增大传输效率。

1 增强线圈的作用

文献[4]介绍了一种基于耦合理论的医用植入式无线供电装置,这种装置的特点是初、次级端都带有增强线圈。

增强线圈主要有以下两个作用[5]:1)调整发射线圈两端电压波形。加入增强线圈后,在增强线圈两端能得到很好的正弦波电压波形,由于增强线圈距离初级线圈较近,可以认为发射电路和增强线圈是一个整体,这样就得到了所期望的正弦波发射源。2)增强谐振电流。由于增强线圈是由铜线线圈和增强线圈的谐振电容组成的独立的LC谐振回路。谐振时,在其两端得到的电压总是大于初级线圈两端的电压,增强线圈中的电流也总是大于初级线圈中的电流。增大了磁场作用的范围,从而增加了能量传输距离。

本文中的实验加入二个增强线圈,将对增强线圈在电磁谐振式无线供电系统的作用进行研究。

2 双增强线圈电磁谐振式无线供电系统性能指标

如图1所示,系统的增强线圈可以是一个,也可以是多个。发射线圈、增强线圈、接收线圈三者同轴,并且具有相同的谐振频率,发射线圈、增强线圈与接收线圈三者通过磁场耦合相互作用并进行能量传输,发射线圈与接收线圈之间的距离即为能量的传输距离。

如图2所示为带两个增强线圈的传输装置示意图,系统包括两个增强线圈(线圈2和线圈3)、发射线圈(线圈1)和接收线圈(线圈4)。线圈1和线圈4之间的距离d为带两个增强线圈的电磁谐振式无线供电系统的传输距离,其计算公式为:

式中:d12——线圈1、2之间的距离;

d23——线圈2、3之间的距离;

d34——线圈3、4之间的距离。

图2所示的实验示意图是通过磁场耦合和谐振传输能量,其能量传输过程如图3所示。首先,电源经过高频逆变驱动发射线圈谐振,将电源能量转换成谐振发射线圈中的电场能和磁场能,电场能量储存在电容中,磁场能量储存在线圈电感中,它们彼此相等,且呈周期性振荡。其次,发射线圈产生的磁场能量,通过磁场耦合转换成增强线圈中电场能量,增强线圈谐振,电场能量和磁场能量在增强线圈的电容和电感之间彼此交换。最后,增强线圈的磁场能量通过磁场耦合转换成接收线圈中的电场能量,接收线圈谐振,电场能量在接收线圈的电容和电感之间相互交换,电场能量供给负载消耗,由于三者谐振频率相同,产生谐振,将能量源源不断地从电源传输到负载。

由于电磁谐振式无线供电系统是松耦合的电能传输方式,所以这四个线圈之间的耦合系数很低,因此可以通过设计高品质因数的线圈来获得较大的传输效率。各线圈之间的耦合系数在图2(a)中已经标出,运用电路理论可以用如下公式来求得各个线圈中的电流值:

式(2)中的反映阻抗Zmn可以通过式(3)来求得:

实验中将谐振电容和线圈都设计成串联,将四个线圈的固有谐振频率设计得一样大小。图2(a)中耦合系数kij是随传输距离变化的变量,系统工作在谐振状态时,可以通过下面的经验公式求得:

由式(4)可知,耦合系数kij与dij的三次方成反比,且d13>d12、d24>d23、d14>d34,所以k13<

由于谐振状态下Zmn=Znm=Rn,故可以通过式(2)和式(3)求得线圈4在谐振状态下的工作电流(负载电流):

式中,Qn为线圈n的品质因数。

于是可以推导出带两个增强线圈电磁谐振式无线供电系统的传输效率表达式:

3 实验验证

为了验证前面的关于带两个增强线圈电磁谐振式无线供电系统的理论,本节设计了表1所示的初次级线圈和增强线圈,系统的谐振频率为f=1.17MHz

3.1 有无增强线圈时输出电压的比较

选择表1中的初、次级线圈和第2组增强线圈进行空载实验,实验时初级输入电压U1=10V,系统的传输距离为线圈1、4之间的距离。实验结果如图4所示。从图4可知,在传输距离由20cm增大到50cm时,没有增强线圈的情况下,输出电压由6V急剧下降到了1.4V;而在有增强线圈时,输出电压由6.4V下降到了6.0V左右,当传输距离增大到90cm时,输出电压才下降到1.5V。所以电磁谐振式无线供电系统带两个增强线圈时,相同的输入电压条件下,有增强线圈的输出电压比没有增强线圈时的输出电压大,相应地,带增强线圈时系统的传输距离也增大了很多。当输出电压一定时,带增强线圈的电磁谐振式无线供电系统对输入电压的要求明显会低一些。输入电压一定时,随着传输距离的增大,带增强线圈的电磁谐振式无线供电系统的输出电压下降的速度明显低于没有带增强线圈的电磁谐振式无线供电系统。

3.2 增强线圈品质因数对传输性能的影响

选择表1中的初、次级线圈和第1、2、3组增强线圈分别进行空载实验,实验时初级输入电压U1=10V。实验结果如图5所示。

由图5可以注意到,在传输距离比较小时(本实验中d<35cm),在输入电压一定的情况下,不同的增强线圈对输出电压的影响很小,当传输距离增大到比较大的值时,不同的增强线圈对电磁谐振式无线供电系统传输性能的影响就比较明显了。由表1知第1组增强线圈品质因数Q值最小,第3组增强线圈的Q值最大,从图5的实验结果可以看出,增强线圈的Q值越大,系统的传输性能就越好。

3.3 增强线圈的最佳位置研究

当传输距离改变时,增强线圈的最佳位置也会发生改变。因此,在进行双增强线圈的电磁谐振式无线供电实验时,先固定初、次级线圈之间的传输距离,然后通过调节增强线圈和初、次级线圈之间的距离(从0开始逐渐增大),使次级线圈的输出电压达到最大值,系统达到最佳谐振状态。每改变一次初次级线圈之间传输距离,按照上面实验方法找到增强线圈的最佳位置。表2是初次级线圈之间的传输距离d不同时,增强线圈在最佳位置时的d12和d34的值(最佳位置即次级线圈的输出电压达到最大值时初、次级线圈之间的距离),表中3组不同的增强线圈即表1中的3组增强线圈,实验中初级输入电压U1=10V。

从表2可以看出,在进行双增强线圈的电磁谐振式无线供电传输距离特性实验过程中,初、次级线圈之间的传输距离d逐渐增大时,d12和d34并没有规律性地增大,而是在初、次线圈之间的某一位置时,谐振状态最好,次级线圈的电压最高。在用第1、2、3组增强线圈进行实验时,d34基本上是随着d的增大而增大的,但是d12在d增大时没有进行规律性的变化,这个现象的具体原因还需要在以后的工作中进行详细的研究。

在调节增强线圈的位置使次级线圈电压达到最大值后,每改变一次增强器位置,谐振状态就会发生改变,次级线圈的电压就会下降。这是因为初级线圈产生的磁场作用的范围是有限的,与初级线圈越近,磁场越强,此时得到的次级线圈的电压也较大,随着增强线圈1与初级线圈之间的距离增大,增强线圈1的磁场与初级线圈之间的磁场耦合强度也在逐渐减弱,当增强线圈1和初级线圈之间的距离增大到次级线圈的电压不再增大时,说明此时增强线圈1的磁场和初级线圈之间的磁场作用达到最大。同理,增强线圈2的磁场与次级线圈磁场也是如此。

4 结论

本文进行了双增强线圈电磁谐振式无线供电系统的实验,结果表明,在无线供电系统中的适当位置加入增强线圈能有效地增大输出电压;增强线圈的品质因数越大,系统的传输性能越好。

参考文献

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电磁线圈 篇5

3个月前, 该车有过一次空调系统的维修。具体维修过程是:在一次长途行驶后的第2天发动机无法起动, 前往维修后发现蓄电池严重亏电, 并且电解液有外泄现象。更换蓄电池后发动机顺利起动。测量发电机输出电压, 发现电压会随着发动机转速提升而逐渐升高, 达到15V以上。更换发电机后, 经检测, 车辆电源系统恢复正常。

第二天, 该车车主又进厂反映该车空调无法制冷。接车后, 验证空调确实无法制冷。经检测, 空调系统线路控制部分正常, 但压缩机电磁离合器无法吸合。测量电磁线圈电阻已经对地开路损坏。分析得出的原因是由于该车之前因发电机输出电压过高, 不稳定的电压加上长途行驶导致了电磁离合器的烧毁, 因此原因而没对空调系统做进一步的检测, 征得车主同意, 更换了压缩机总成。抽真空后重新加注制冷剂, 空调系统恢复正常工作状态。

3个月后, 该车车主再次因车辆空调无法制冷进厂报修故障。时隔不久, 空调再现故障, 车主希望这次能够将空调故障彻底排除。

接车后, 首先对空调控制线路进行检查, 起动发动机, 启用空调制冷功能, 用万用表测得电磁离合器连接器上有蓄电池电压, 并受制冷开关控制, 这时散热器电子风扇并不工作 (与众多车型不一样, 别克君威轿车并不是一接通空调制冷开关散热器电子风扇就会立刻运转。在接通空调压缩机后, PCM通过空调系统压力传感器ACP检测空调系统压力来控制电子风扇的运转。PCM根据ACP压力信号和发动机冷却液水温来控制电子风扇的低速和高速运转。由于该车压缩机未工作, ACP未检测到有效压力, 故电子风扇不工作) 。拔下电磁线圈线路连接器, 用万用表电阻挡测量电磁线圈两端之间电阻, 显示阻值无穷大。看来压缩机电磁离合器线圈再次损毁。

在别克君威轿车上, 空调压缩机线圈频繁损坏的现象并不多见。如果上次确实因为电源系统的故障致使电磁线圈损坏, 那这次又会是什么原因导致电磁线圈的再次损坏呢?

对车辆电源系统进行动态测试, 电压正常稳定。根据以往本人对此类故障的实际维修经验分析, 导致电磁离合器和线圈容易损坏的原因有几种:

1.在装配电磁离合器时, 离合器的吸盘与皮带盘之间的间隙调整不当, 二者之间间隙过大或小, 使二者之间产生磨擦, 造成电磁离合器温度过热, 工作不可靠引起电磁线圈的损坏。该车上次更换的是压缩机总成, 装配之前进行过仔细的检查, 离合器的吸盘与皮带盘之间的间隙在标准范围内。

2.车辆线路中有搭铁不良的现象, 瞬间发生的不稳定电压会在电磁线圈中产生较高的电动势, 极易将电磁线圈烧毁。对该车的全车主要搭铁点进行了仔细检查, 均未发现有搭铁不良的情况。

3.空调系统压力过高。制冷剂加注过量、电子风扇工作不良、蒸发器表面温度传感器 (或恒温开关) 失灵引起蒸发器结冰、冷凝器太脏等这些现象都会导致空调系统压力过高。压缩机负荷过大, 长时间的工作都有可能导致压缩机和电磁离合器的损坏。

4.空调压缩机自身工作部件发生故障, 导致空调系统压力异常。以别克君威空调压缩机为例:别克君威装配SE5V16 (V5) 型变排量压缩机, 能够满足不同状态下对汽车空调机的要求, 不需要电磁离合器的频繁吸合。压缩机排量控制的核心元件是位于压缩机后部的控制阀, 它根据压缩机的吸气压力进行控制。利用曲轴箱与吸气腔之间的压力差来控制摇盘倾角的变化, 由此改变压缩机的排量。当空调系统要求制冷能力时, 摇盘倾角最大, 压缩机输出最大排量。当空调系统要求制冷能力降低时, 摇盘倾角发生变化, 压缩机排量输出减小。如果压缩机的控制部件出现故障, 压缩机将无法实现排量自动控制, 导致空调压力过高或过低。压力长时间过高将使压缩机负荷增大, 蒸发器容易结冰, 容易造成电磁离合器或线圈的损坏。对于该车压缩机是否存在故障, 必须在压缩机恢复正常工作时才能进行检测。

考虑到降低维修成本, 也是为了检验压缩机是否存在故障, 只对压缩机线圈进行了更换。抽真空, 重新加注制冷剂900g。在环境温度22℃的情况下, 发动机转速稳定在1500r/min时, 空调压力表高压侧显示1500kPa, 低压侧显示22kPa。提升发动机转速至3000r/min, 然后保持该转速, 高压侧显示压力在1300～1700kPa之间浮动, 低压侧显示压力在18～25kPa之间浮动。电子风扇工作正常。出风口温度维持在5℃～8℃, 蒸发器未发现结冰现象。从各显示的数据来看, 压缩机工作性能良好, 空调系统正常。

通过这一系列的常规检测, 并未发现导致电磁线圈损坏的真正原因。本人决定对该车进行一次较长距离行驶, 看是否能发现空调系统的不正常现象, 尽可能地在车辆维修期间发现和解决问题。车辆在绕城高架道路行驶25km后, 在一次短暂的关闭空调开关后再次接通时, 空调出现了无法制冷。停车后进行查看, 发现位于发动机舱内熔丝盒中的压缩机熔丝 (10A) 熔断, 更换熔丝后, 一启用空调熔丝就立刻熔断。这说明控制压缩机电磁离合器的线路中出现了短路现象。将车辆开回修理厂, 首先进行线路检查, 拔下压缩机继电器, 这时再换上的压缩机熔丝不再熔断, 可以断定短路是发生在继电器或继电器之后的控制线路中。对继电器进行了检查和测量, 未发现异常。用万用表测量熔丝盒内压缩机继电器87端子的插座与地之间电阻为0.1Ω, 不符合标准, 标准阻值应是离合器线圈阻值3.5Ω。将电磁离合器线圈连接器断开, 再次测量该阻值, 依然为0.1Ω。拆下熔丝盒, 拆下C1插座, 测量其上的F7端子与地之间电阻, 为无穷大 (这时已断开压缩机离合器线圈连接器) , 符合标准。查看电路图, 这时注意到继电器87端子插座与地之间还连接着1个二极管。分解开熔丝盒, 取出二极管, 测量二极管正向电阻阻值为0.1Ω, 反向电阻阻值为0.1Ω, 用万用表的二极管导通性能测量挡检测, 二极管的正向、反向导通电压均为0.1V, 检测说明二极管确实已被击穿短路。

从之前因其他故障换下的熔丝盒上取下1只二极管装上, 熔丝不再熔断, 空调系统恢复正常。查阅相关资料得知, 这个二极管为压缩机离合器保护二极管, 并联在压缩机线路中, 在离合器断开时为线圈产生的感应电压提供1个通路, 从而避免产生的反相高电压烧毁损坏离合器线圈, 起到保护线圈的作用。如不安装此二极管或二极管工作不良容易导致离合器线圈的频繁损坏。

回过头再来分析压缩机离合器线圈2次损坏的原因。因电源系统的故障致使线圈的第一次损坏, 同时也可能导致离合器保护二极管的损坏 (二极管开路或工作不良) 。第一次未对二极管进行检查, 引起离合器的二次损坏。而这一次二极管的彻底损坏, 引起空调系统无法工作, 才对离合器保护二极管进检测和更换。该车出厂后, 经过较长时间的跟踪回访, 确信故障完全排除。

电磁线圈 篇6

1 电磁感应线圈炮的发射原理

电磁线圈炮早期称为“同轴发射器”、“质量驱动器"”或“行波加速器”等。所谓电磁线圈发射器, 一般是指用脉冲或交变电流产生运动磁场 (磁行波) 从而驱动带有线圈的或磁性材料发射体的发射装置。由于其工作机理是利用驱动线圈和被加速物体之间的耦合磁场, 因此电磁线圈炮的本质可以理解成直线电动机[4]。

线圈型电磁炮是圆筒状的直线电机, 它由若干个驱动线圈和一个或多个发射线圈组成, 驱动线圈与电源连接。它包括同步感应线圈炮和异步感应线圈炮两种。原理上来说, 两者的区别主要在于电源电流, 同步感应线圈炮的电枢电流是由单相的驱动线圈同步脉冲放电产生, 异步感应线圈炮的电枢电流是由三相电源产生。单级与多级相比, 要想获得相同的弹丸出口速度, 需要更大的驱动电流, 而电流的增大, 驱动线圈上消耗的焦耳热就会成平方增长, 从而降低能量利用效率。因此, 要想获得更大的出口速度, 需采用多级发射装置。对于单级同步感应线圈炮, 发射系统主要由脉冲电容器、闭合开关、二极管、驱动线圈、抛体电枢、位置传感器以及检测控制芯片组成。

2 研究问题的描述

2.1 研究的内容及目的

此次研究基于电磁投射原理实验样机方案设计与实现的课题, 通过相关方法研究和分析感应线圈炮线圈周围磁场强度的变化情况, 其研究目的是:研究影响磁场强度的因素, 以及清楚这些因素如何影响磁场强度以使改变关键因素增强磁场强度来达到电磁发射的技术要求。

2.2 研究的思路及方法

通过ANSYS软件对线圈炮的纵截面进行建模, 其截面基本包括空气、线圈、导磁物质三个部分, 通过截面上三者相对位置的变化来分析对线圈周围磁场强度的影响[5]。

上述图中A区域为空气, B区域为感应线圈, C区域为导磁物质, D区域为驱动线圈, E区域为导磁物质。

3 研究仿真方案

利用ANSYS软件按照2.2节中提到的研究思路进行实体建模仿真, 仿真计划从三个单元、四个单元、五个单元三个方面进行仿真。

其中三个单元仿真模型包括空气、驱动线圈、导磁物质 (边界) ;四个单元仿真模型包括空气、导磁物质、驱动线圈、导磁物质 (边界) ;五个单元仿真模型包括空气、感应线圈、导磁物质、驱动线圈、导磁物质 (边界) 。

3 仿真结果分析与实验对比

3.1 结果分析

利用ANSYS软件按照上述研究思路进行建模仿真, 在驱动线圈上加载电流密度40A/进行仿真求解, 其仿真分析结果如下:当感应线圈附近没有导磁物质时, 感应线圈附近的最大磁场强度为0;当感应线圈附近有导磁物质时, 感应线圈附近的最大磁场强度为3.854T;当感应线圈附近有导磁物质同时也增加线圈时, 感应线圈附近的最大磁场强度为3.924T。仿真结果说明增大感应线圈附近的磁场强度可以通过在其附近增加导磁物质和线圈两种方法实现。

3.2 实验对比

实验结果如下:

感应线圈套在木棒上时, 开通电源, 感应线圈动作不明显, 感应线圈套在金属棒上时, 开通电源, 感应线圈出现跳动, 感应线圈附近没有线圈时, 开通电源, 感应线圈动作不明显, 感应线圈附近有线圈时, 开通电源, 感应线圈出现滑动。从中可知仿真结果与实验结果相吻合。

结论

通过ANSYS软件对感应线圈炮进行二维建模并对其模型进行仿真求解, 求解结果表明通过改变导磁物质的位置和增加线圈两种方法可以增强感应线圈附近的磁场强度, 此结果与实验结果相吻合。这一结果对改进电磁感应线圈炮结构来达到电磁发射要求提供了有利借鉴。

参考文献

[1]曹延杰, 刘文彪, 张媛.单级感应线圈炮最佳初始位置仿真研究, 海军航空航空工程学院学报2009, 24 (1)

[2]古刚, 向阳, 张建革.国际电磁发射技术研究现状[期刊论文]-舰船科学技术 (增刊) 2007 (29)

[3]ZHANG J.KIM K Study of a new railgun configuration with perforated sidewalls[外文期刊]1993 (01)

[4]Wang Ying, Xiao Feng.Theory of electric gun[M].Beijing:National Defense Industry Press, 1995.

电磁线圈 篇7

电磁离合器线圈的作用是根据需要接通或断开发动机与压缩机之间的动力传递, 他是汽车空调控制系统中最重要的部件之一, 受温度控制器、空调A/C开关、压力开关、空调放大器等元件的控制。

当电磁离合器线圈通电时, 在皮带轮外端面产生很强的电磁吸力, 将压盘紧紧地吸在皮带轮的断面上, 皮带在摩擦力的作用下, 通过压盘带动压缩机轴一起转动, 从而使压缩机工作。

压缩机的旋转轴是通过磁性离合器及皮带与发动机曲轴相连, 为什么要有一个磁性离合器呢?因为当装在蒸发器出风口的传感器感知出风的温度不够低时, 他就会通过电路使压缩机的磁性离合器闭合, 这时压缩机随发动机运转, 实现制冷。而当出风温度低于设定的温度, 他则控制磁性离合器切离, 这时压缩机不工作。如果这一控制失灵, 那么压缩机将不断工作, 使蒸发器结冰造成管道压力超标, 最终破坏系统甚至造成损坏。

二、故障的诊断

根据汽车空调结构原理分析不难看出, 导致汽车空调电磁离合器线圈被烧毁的原因, 除本身品质问题外, 主要是空调系统的压力过高, 带动压缩机运转的阻力过大, 超过该电磁线圈的电磁吸力, 使离合器主被动盘产生相对滑移摩擦, 导致过热, 因而被烧毁。

一般情况下, 造成汽车空调系统压力过高有4种原因:

1. 制冷系统中加入的空调制冷剂过量;

2. 制冷系统中管道堵塞;

3. 当水箱散热风扇出现故障时, 仍长时间、高强度地使用空调 (水箱散热风扇是与空调冷凝器风扇共用的) ;

4. 停车时发动机怠速运转, 且在太阳暴晒下长时间使用空调。

三、故障的排除

将制冷剂从低压侧适量排除后 (以高压侧压力1.2～1.8MPa, 低压侧压力0.15～0.30MPa为适宜) , 再看看空调, 一切恢复正常了。

一般情况下, 在以下3种情况下不可使用空调。

1. 停车时, 发动机怠速运转情况下, 最好不开空调。

2. 水箱散热风扇发生故障停止运转时, 应立即停止使用空调, 否则制冷系统将产生超高压, 使电磁离合器打滑而烧毁。

3. 制冷剂加入量超过规定时, 要及时放出, 否则不可使用空调。

检查制冷剂多少的方法是:在压缩机开始工作时, 看储液罐观察窗内有无气泡, 如果没有气泡, 说明是制冷剂过多, 应适量放出;如果气泡太多, 说明制冷剂太少, 应适量添加制冷剂。

四、汽车空调的保养

汽车空调的寿命很大程度上取决于司机是否正确地使用和保养。正确的使用和保养会最大限度地发挥空调的性能并延长使用寿命, 而错误地使用则会大大损伤空调系统, 缩短其寿命。

首先要注意的是:空调不能长期不用, 因为压缩机假如长期不使用, 由于轴封、衬垫之类零件变干发硬, 很容易开裂, 使制冷剂泄漏。活塞与气缸、曲轴与轴承等都需要润滑油润滑, 长期不用时, 这些零件表面的润滑油会干掉或把零件粘到一起, 此时运行压缩机就会出现润滑不足或者没有润滑, 极易损坏压缩机。因此要经常运行空调系统, 即使是天气很冷的时候也要做到每周空调至少开几分钟。在空调不常开的季节也应常用清水或压缩空气清洗冷凝器等部件。有条件的话, 到正规的厂家或维修点做空调的全面体检, 进行保养。

其次, 汽车空调不需要如家用空调般每次关机后必须停几分钟再开机。

另外, 隔尘网也应注意检查, 如附上太多灰尘则应及时更换。位于车头的冷凝器在每次洗车时最好用高压水枪冲洗, 以防散热叶片被杂物 (昆虫、树叶等) 堵塞影响散热效果。

五、结束语