关于比例电磁铁线圈绕组的研究

问题的描述

在见过很多个比例电磁铁以后，我有了这样的疑问：什么是设计一个比例电磁铁线圈的关键因素，是什么决定了要选用某个匝数，某个线径，以及电流。反过来说什么是最优的线圈设计。什么样的设计可以提高静态特性，而什么样的设计会提高动态特性，他们有什么矛盾。 问题的分析

首先确定几个参数

对于比例电磁铁的静态特性有重要影响的线圈参数是安匝数：IN 。当一个比例电磁铁的衔铁部分设计好了以后，要产生一定的吸力，就要有足够的励磁安匝。

假如一块比例电磁铁的线圈窗口的面积也是一定的，那么，此时的驱动电压（先认为是直流驱动的）与线径的关系如下：（先不考虑漆层的影响）

24U x pj x D IN

d ρ= （式1）

在式中：

ρx ：铜线的电阻率

D pj : 平均的线圈直径

N ：匝数

I ：驱动电流

U ：驱动电压

d x : 线径

从式1中可以得到一个重要的结论：

在同样的线圈面积内，要达到同样大的励磁安匝数，越大的导线直径，则需要越小的驱动电压。

这个结论用于PWM 驱动带有电流负反馈的电磁铁，结论就是，用同样的24V 阶跃去驱动一个比例电磁铁，（这里把比例电磁铁的电流对于电压的响应当成是一个纯粹的一节惯性环节，时间常数是L/R ）,在同样的线圈面积的情况下，粗线和细线的时间常数是一样的（粗线的电感小，但是电阻也相应的小），但是达到同样的安匝数的时间，粗线线圈比细线线圈快很多，发热量也大很多。

下边的仿真印证了这一点：

图1模拟了两个具有同样的线圈面积的不同线径电磁铁线圈对于阶跃24V 电压的动态响应，

图1 图2