高速电磁阀.doc

单体泵高速电磁阀完全闭合跟完全关断的时间点的分析下图1.1是龙口龙泵电磁阀加70V电压总的驱动时间为250us的电磁阀电流的完整波形图。图1.1 高端高压VHH为70V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为250us为了能够仔细观察，我们对图1.1在时间轴上进行了拉伸，并截取了前1100us的波形，得到了图1.2。图中开启时间内电流上升阶段出现了明显的拐点A。对于拐点出现的原因请参考基于Ansoft和AMESim的电磁铁动态特性仿真分析。由此论文我们可以得出：在输入高端高压VHH（0-250us）后，电磁阀电流随时间呈非线性变化。当衔铁向动铁侧移动时，随着磁阻变小，线圈电感增大，产生了一个由于电感增大而阻碍电流变化的感应电动势，导致电磁阀完全闭合前的电流不是按照指数曲线上升。230us后衔铁移动结束（图1.1中A点），线圈电感不再发生变化。此后电流按照新的指数曲线继续上升。图中A点即为电磁阀的完全闭合点。图1.2 高端高压VHH为70V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为250us曲线1：低端MOS管栅极控制信号；曲线2：与电磁阀高端高压VHH相连接的MOS管的栅极控制信号：曲线3：电磁阀内电感电流波形图；曲线4：与电磁阀高端低压VH相连接的MOS管的栅极控制信号;图中A点为电磁阀电流曲线在上升阶段出现的拐点，在230us时出现，其电流值为 18A；B点为电磁阀电流最大值，在250us到达最大值，其电流值为25A。另外，本试验中，在高电压VHH驱动结束这一时刻到第一个PWM信号来之前的这段时间为50us。该时间可以通过程序来修改为别的数值。本试验中对电磁阀的驱动采用了如下控制方法：在最开始的0-250us内由高端高压VHH（100%占空比）快速启动电磁阀，使电磁阀电流迅速上升，从而使电磁阀快速闭合;250us之后关断高端高压VHH，由高端低压VH（本实验中均采用的24V）加PWM（20%占空比）来保持,维持电磁阀电流，使电磁阀能始终保持在闭合状态。本实验中的高压启动阶段还选用了高端高压VHH分别为80V、90V和100V，分别观察了一下电磁阀的开启速度。图1.3 高端高压VHH为80V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为230us注：在200us时电磁阀电流曲线出现了拐点A，A点处的电流值为18A；在230us的B点处，电磁阀电流出现最大值，其电流值为33A图1.4 高端高压VHH为90V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为200us注：在175us的A点处，电磁阀电流出现了拐点，此时的电流值为19A；在200us的B点处，电磁阀电流出现最大值，其电流值为34A图1.5 高端高压VHH为100V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为180us注：在150us的A点处，电磁阀电流出现了拐点，此时的电流值为20A；在180us的B点处，电磁阀电流出现最大值，其电流值为36A由上图1.11.4可以看出，电磁阀高压驱动时间内，其电流曲线均出现了拐点。由前面我们知道，拐点处即为电磁阀完全闭合点。由此我们可以列出上述四图不同时刻对应的电磁阀电流。如表所示：电磁阀高端高压VHH（V）708090100VHH总的驱动时间（us）250230200180VHH驱动到50us时电磁阀电流（A）5677VHH驱动到100us时电磁阀电流（A）8101212.5VHH驱动到150us时电磁阀电流（A）12141620VHH驱动到200us时电磁阀电流（A）16203324电磁阀完全闭合时的电磁阀电流（A）18181920电磁阀完全闭合的时刻（us）230200175150电磁阀的最大电流（A）25333436最大电流出现的时刻（us）250230200180PWM控制前电磁阀电流（A）11131414注：上表中PWM控制前电磁阀电流指的是高端高压驱动结束后再过50us这一时刻的电流值研究电磁阀主要研究其完全闭合及完全断开分别所消耗的时间，其次是其在动作过程中的电流大小。在此，我们希望能够找到一个电磁阀高压、闭合时间跟电磁阀电流大小的最佳组合，使得电磁阀能快速闭合并且能使电流及功耗都不会过大。由前面我们知道，在高端高压驱动期间，电磁阀电流曲线会出现拐点，此拐点正是电磁阀完全闭合的时刻。于是我们可以这样控制：我们让电磁阀高压驱动时间刚好持续到电磁阀电流出现拐点的时刻，然后立即断开高端高压。这样不但使电磁阀完全闭合，并且能使电流不会过大，同时也大大降低了功耗。由图1.1-1.4我们可以观察到，当电磁阀高端高压分别加70V、80V、90V和100V时电流出现拐点的时刻，如下表所示：电磁阀高端高压VHH（V）708090100拐点出现时刻（us）230200175150 根据上面的思路，本实验对电磁阀高端高压分别为70V、80V、90V和100V时对电磁阀电流进行了测量。波形图如下所示：图2.1 高端高压VHH为70V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为230us注：图中B点为电磁阀完全闭合的点，此时电磁阀电流为18A，同时此电流也是电磁阀电流的最大值图2.2 高端高压VHH为80V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为200us注：图中B点为电磁阀完全闭合的点，此时电磁阀电流为18A，同时此电流也是电磁阀电流的最大值图2.3 高端高压VHH为90V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为175us注：图中B点为电磁阀完全闭合的点，此时电磁阀电流为18A，同时此电流也是电磁阀电流的最大值图2.4 高端高压VHH为100V的电磁阀电流的波形图说明：上图中VHH 总的驱动时间为150us注：图中B点为电磁阀完全闭合的点，此时电磁阀电流为18A，同时此电流也是电磁阀电流的最大值由图2.12.4可以很明显看出，与1.21.5相比，在同样的电磁阀高压驱动下，当电磁阀电流曲线到达拐点处时及时关闭高压，大大降低了电磁阀电流的陡然上升。在此我们列出图2.1-2.4不同时刻对应的电磁阀电流。如下表所示：电磁阀高端高压VHH（V）708090100VHH总的驱动时间（us）230200175150VHH驱动到50us时电磁阀电流（A）5677VHH驱动到100us时电磁阀电流（A）8101212.5VHH驱动到150us时电磁阀电流（A）11141620电磁阀完全闭合时的电磁阀电流（A）18181920电磁阀完全闭合的时刻（us）230200175150电磁阀的最大电流（A）18181920最大电流出现的时刻（A）230200175150PWM控制前电磁阀电流（A）10111010由上表可以看出，PWM控制前的电磁阀电流也比先前有了明显的降低。电磁阀电流在低端MOS管关断后通过高端高压VHH路径让电流消失。注：电流消失阶段即为电磁阀电流由低端MOS管关断后到电流衰减为0的阶段仔细观察图1.1我们会发现，在切断低端MOS管信号后，电磁阀电流 不是立即消失，而是有一个时间延迟，慢慢消失为0。本实验同时也对低端MOS管关断后的电磁阀电流的消失阶段的电流进行了测量。电流曲线如下图所示：图3.1 高端高压VHH为70V时的电磁阀电流的消失阶段波形图说明：图中VHH总的驱动时间为230us,PWM占空比为20%注：低端MOS管关断前的电流为4A左右，大约经过32us后电流衰减为0图3.2 高端高压VHH为80V时的电磁阀电流的消失阶段的波形图说明：图中VHH总的驱动时间为200us，PWM占空比为20%注：低端MOS管关断前的电流为3.8A左右，大约经过28us后电流衰减为0图3.3 高端高压VHH为90V时的电磁阀电流的消失阶段的波形图说明：图中VHH总的驱动时间为175us，PWM占空比为20%注：低端MOS管关断前的电流为3.6A左右，大约经过20us后电流衰减为0图3.4 高端高压VHH为100V时的电磁阀电流的消失阶段的波形图说明：图中VHH总的驱动时间为150us，PWM占空比为20%注：低端MOS管关断前的电流为3A左右，大约经过16us后电流衰减为0各高电压驱动下的电磁阀电流的续流时间如下表