電磁閥的工作原理及選型要點

01什麼是電磁閥

電磁閥是依靠電磁線圈產生電磁力來驅動閥門的開/關控制流體的控制元件，是管路控制過程中常用的執行器之一。電磁閥主要用於液體和氣體管路的開關控制。常見的品牌有德國FESTO、日本SMC、臺灣亞德客等。

02電磁閥的種類

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亞德客二位二通電磁閥

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二位二通電磁閥符號

二位二通電磁閥有二個接氣口，通常進氣口為P，出氣口為A，電磁閥線圈得電P-A導通，失電不導通，只有兩個口。就像平常使用的手滑閥一樣，其功能就像開關。

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亞德客二位三通電磁閥（單控）

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二位三通電磁閥符號

二位三通電磁閥P為進氣口，當電磁閥線圈得電後，P和A介面導通，空氣經過P-A口輸出至後端執行機構例如氣動剪刀等執行元件。當電磁閥線圈斷電後，P口截止，氣源空氣不會被放空，執行元件內的剩餘空氣經過A-R口洩放至大氣，執行元件復位。R為排氣口一般接消聲器。

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亞德客兩位五通電磁閥（單控）

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亞德客兩位五通電磁閥（雙控）

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兩位五通電磁閥：兩位指電磁閥的閥芯有兩個工作位置，五通指有五個通道通氣，其中P口與氣源連線，A/B口與氣動負載元件連線，R/S口作排氣用，一般連線消聲器。R口是A口的排氣孔，S口是B口的排氣孔。當單控電磁閥線圈不通電時，A口出氣，當A口出氣時，B與S口相通用於排氣，當單控線圈通電時B口出氣時，A與R口相通用於排氣。

當給雙控電磁閥正動作線圈通電，則正動作氣路接通，即使將正動作線圈斷電後正動作氣路仍然是接通的，會一直維持到給反動作線圈通電為止。給反動作線圈通電，則反動作氣路接通，即使將反動作線圈斷電後反動作氣路仍然是接通的，會一直維持到給正動作線圈通電為止。二位五通雙控電磁閥相當於有“自鎖”保持功能。

單控和雙控的區別：單控電磁閥有一個通電線圈，通電時切換為P與B孔相通，（P與A孔截止），斷電時切換為P與A孔相通（P與B孔截止）。雙控電磁閥有兩個線圈，A/B側哪頭線圈通電導通，P進氣孔就與該側相導通。兩頭線圈都斷電時，保持最後一頭後斷電的線圈動作狀態。不允許2個線圈同時得電。雙控電磁閥兩邊的控制部分是完全相同的。

兩位五通雙控電磁閥最大的優點是線圈斷電後可以讓執行機構例如氣缸長時間維持在伸出或者縮回狀態，而不用一直保持線圈通電。而單控電磁閥只要線圈斷電，其執行動作就會復位。比如一個氣缸需要伸出2個小時，縮回1分鐘，單控電磁閥線圈就需要通電2個小時來保持氣缸伸出狀態，即費電而且電磁閥線圈還有可能因為發熱而損壞。兩位五通雙控電磁閥只需要通電1秒以內或者判斷氣缸伸出到位後就可以斷開線圈電源，氣缸依然保持在伸出位置不動。

兩位三通電磁閥通常與單作用氣動執行機構配合使用。兩位五通電磁閥通常與雙作用氣動執行機構配合使用。

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亞德客三位五通電磁閥（中封、中洩、中壓式）

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三位五通電磁閥都是雙控電磁閥，其兩端都有復位彈簧。三位五通電磁閥有5個通氣介面，電磁閥閥芯有三個不同的控制位置。當線圈B側得電，線圈A側失電時，B與P口導通，A口與R排氣口導通洩氣。當線圈A側得電，線圈B側失電時，A與P口導通，B與S排氣口導通洩氣。線圈A側和線圈B側同時失電時為第三個控制位置狀態，氣動負載執行元件停止位置與線圈失電的時機有關。三位五通電磁閥根據閥芯狀態不同分為中封式，中洩式和中壓式。不允許2個線圈同時得電。

中封式：當電磁閥上兩個線圈都不通電的情況下，氣缸前腔和後腔的壓力保持在最後一個線圈斷電時的狀態不變，進氣口P關閉，R/S排氣口關閉。兩端彈簧將電磁閥壓到中間位置，由於無法通氣及洩氣，可以使負載例如氣缸保持在原位不動，提高了生產安全性。

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但是氣體是有壓縮性的，而且氣缸、閥以及氣管接頭等氣動元件不能做到絕對的無洩漏，所以氣缸一般不能長時間保持在中間停止位置，這種平衡慢慢會隨著時間被打破，氣缸的定位精度比較差。因此，三位五通中封式電磁閥一般用在氣缸不需要精度的定位，中停時間比較短暫的工況下，才可以考慮使用中封式。在使用中封閥時，一旦電磁閥兩端線圈斷電，氣缸幾乎不能被推動。

中洩式：當電磁閥兩個線圈都不通電的情況下，進氣口P關閉，R/S排氣口開啟，氣缸兩側腔室的壓力分別透過電磁閥R/S排氣口排出，氣缸兩側內都無壓力。

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相較於中封閥，中洩閥可以實現更長時間的中停。在某些氣缸須水平運動，且中停時間較長但定位精度不是很高的場合下，可以考慮使用中洩式。其斷電後氣動負載執行元件手可以推動。

中壓式：當電磁閥兩個線圈都不通電的情況下，進氣口P開啟，排氣口R/S關閉，氣缸兩側的壓力保持在最後一個線圈失電時的狀態不變，並持續透過進氣口P給壓到A/B口，使氣缸兩側壓力與進氣端壓力一致。

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如果氣缸負載沒有軸向的外負載力，那麼活塞將保持平衡，就能停止在行程位置途中且停止精度較高。此迴路實現中停的前提是氣缸需水平安裝。因此，在需要氣缸有較高精度定位，又能滿足氣缸無軸向外負載力的工況下，可選用中壓閥配合雙活塞桿氣缸使用。

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03幾位幾通的定義

用方框表示閥的工作位置，有幾個方框就表示有幾“位”；方框外部連線的介面數有幾個，就表示幾“通”。

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方框內的箭頭表示該路處於接通狀態，但箭頭方向不一定表示流體的實際方向。

04電磁閥線圈上的引數

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DC24V 3.0W是指該電磁閥的額定輸入電壓是直流24V，可工作的電壓範圍為直流21.6V-26.4V區間。功率為3W。

100%ED表示線圈可以24小時長期通電使用。如果使用方法不符合通電率(ED)，會造成線圈溫度上升以至超過絕緣種類的限制溫度，嚴重時會導致線圈被燒燬。

IP是指這個線圈的防護等級，6是防塵，5是防水。

CE指歐盟認證。

3V210-08-NC表示電磁閥的型號。

氣壓0.15-0.8Mpa指該電磁閥使用的氣壓範圍，氣壓過小可能不會使先導閥的閥芯動作，氣壓過大會損壞電磁閥的密封圈結構而導致漏氣。

05電磁閥的選型要點

（1）根據電氣控制電路的電壓選擇驅動電磁閥線圈的電壓等級，電壓波動範圍等。一般自動化控制系統中，常常選用直流24V線圈的產品。除此之外，還有例如DC12V、AC24V、AC110V、AC220不同規格的電磁閥線圈。

（2）根據機械動作控制方案選擇幾位幾通的電磁閥（需要斷電斷氣保持的氣動負載可以根據實際需求選擇兩位五通或者三位五通中封、中洩、中壓式雙控電磁閥）。例如常見的亞德客二位五通單控電磁閥4V210-08系列，其中4V指產品的規格代號為兩位五通或者三位五通，2指系列代號為200系列。10指單電控（20指雙電控、30C指中封式、30E指中洩式、30P指中壓式），08指電磁閥接頭的口徑（06：1/8，08指1/4），實際選型時可以參考各類產品的樣本目錄查詢我們需要的電磁閥種類。

關於氣動接頭大小規格的說明後面在講解氣動元件篇幅中專門說明。

（3）根據機械工作要求選擇電磁閥的氣源壓力範圍（一般為0.15到0.8Mpa之間），每秒動作頻率（常用的電磁閥最高動作頻率一般為3～5次每秒）在一般使用場合都可以滿足。使用環境溫度、溼度、粉塵、振動等。

​（4）在可能因為電火花引起粉塵、氣體等爆炸的場合，需要選用帶防爆功能的電磁閥，否則可能會因為電磁閥線圈動作過程中產生的電火花脈衝導致安全事故的發生。

合理的電磁閥設計選型，能使線路及氣路簡化，減少電磁閥的品種和數量，保證氣動系統準確可靠，降低壓縮空氣的消耗量，裝置外觀及檢修難度上也會變的簡潔明瞭，也降低了成本。

06電磁閥使用注意事項及常見故障排除（1）雙線圈的電磁閥同時得電時，電磁閥的狀態是不可預知的，因此氣缸等負載如何動作也不能夠準確判斷，使用時應禁止雙控線圈同時得電。（2）雙控電磁閥有自保持功能的話，最好不要一直帶電，防止線圈發熱，縮短其使用壽命。一般通電0.3秒左右就可以換向且保持了。（3）如果透過PLC可程式設計控制器等直接控制電磁閥時，輸出控制型別為電晶體輸出時，由於電磁閥是感性負載會影響PLC輸出元件壽命，所以需要增加中間繼電器控制，或者並聯續流二極體來消除線圈關斷時產生的反向電動勢對電晶體器件的衝擊。如果是繼電器型別輸出，交直流都可以，建議最好使用中間繼電器的進行中轉，避免電磁閥線圈異常導致PLC觸點損壞。（4）普通電磁閥需防止雨水進入電磁閥線圈內部。電磁閥常見故障及問題排除（1）電磁閥線圈接線頭鬆動或線頭鬆動，電磁閥不得電，檢查電磁閥線圈線路連線。（2）電磁閥線圈燒壞，拆下電磁閥的接線，用萬用表測量，如果開路，則電磁閥線圈已燒壞。（3）電磁閥手動換向按鈕被強制，電磁閥透過線圈控制時無法進行換向復位，檢查換向按鈕是否處於釋放狀態。（4）電磁閥漏氣，電磁閥內部密封墊片損壞或滑閥磨損而造成幾個空腔竄氣或者閥板安裝時電磁閥和密封墊片未鎖緊到位，檢查密封墊片鎖緊狀態或更換新的電磁閥使用。小技巧：關斷線圈上的電壓供給，在氣源供給正常時，按動電磁閥上的手動開閥按鈕，如果電磁閥開啟，說明開閥正常。放開開閥按鈕，如果正常切換回位，說明電磁閥氣動執行部分工作正常。此時電磁閥線圈透過外部電壓控制時若存在不能動作故障時，可進行電路部分的排故，縮小故障檢查範圍。

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