电气控制与液压控制基本特性比较

陈建华，余德林

（湖北交通职业技术学院机电工程系，湖北武汉430079）



电气控制与液压控制基本特性比较

陈建华，余德林

（湖北交通职业技术学院机电工程系，湖北武汉430079）

摘要：电气控制与液压控制是物体运动的两种主要控制方式，二者在基本元件特性、控制原理及特点等方面具有较多的相似性。基于两种控制方式的基本特性，运用类比的方法，比较两者的共性和差别，让更多的人更好地掌握电气技术与液压技术，掌握电液技术综合运用。

关键词：液压控制；电气控制；基本特性；比较

1　引言

电气技术与液压技术是现代工业技术中两门重要的实用技术，两者在应用时间和应用范围上有较大的区别，并具有各自的特点，但也存在着较多的相似性，通过比较两者的基本特性，可以更好地掌握电气技术与液压技术。

2　基本参数的比较

电学的基本物理量有电阻、电压、电流等，液压运动的基本物理量有液阻、压力、流量等。这些基本参数有相似的对应的物理意义。

（1）电阻与液阻

电阻表征的是导体对电流的阻碍作用，电阻有线性电阻和局部电阻等。液阻表征是液流在运动中所受的阻力，液阻也存在沿程阻力和局部阻力。电阻与液阻，都与“管路”的长度成正比，与“管路”截面积成反比，而且都随温度的变化而变化。

（2）电压与压力

电压通常指电位降，在电路中，电流受到电阻的作用，会造成电能的损失，在电阻两端产生电位降；在液压回路中，液体流动受到液阻的作用，能量会损失，产生压力差。

（3）电流与流量

电流强度是指单位时间内通过导体横截面电荷的数量，等于电压与电阻的比值；液流的流量是指单位时间内流过断面的油液的体积。

3　基本元件性能的比较

在电气系统和液压系统中，有较多的元件具有相似的工作原理及性能特点。

3．1动力元件

电气系统的主要动力源（电源）是发电机，为系统提供电能，辅助电源有蓄电池或电容器，在系统中能发挥储存电能和补充电能的作用；液压系统的主要动力源是液压泵，给液压系统提供液压能，辅助动力源有蓄能器，能发挥蓄能和短时间补充压力能的作用。

3．2执行元件

电气系统中，作为执行元件有电动机、直线电机等，作用是将电能转换为机械能，产生旋转运动或直线运动。液压系统中，执行元件有液压马达和液压缸，其作用是将压力能转换为运动需要的机械能，同样产生旋转运动或直线运动。

3．3控制元件

（1）方向控制元件

晶体二极管在电气系统中具有单向导电性的特点，即电流正向导通，反向截止；单向阀在液压系统中用于控制油液流动方向。

（2）保护元件

继电器在电气系统中起到保护电气元件的作用，不同类型的继电器能够实现电压、电流以及热过载保护。在液压系统中，溢流阀起到压力控制及保护液压元件的作用，压力继电器利用系统液压力的大小来控制电路的通断。

电气系统中稳压二极管具有稳定电压，减小系统电压波动的特点，在液压系统中，发挥阻尼作用的背压阀具有稳定压力、减少油压波动、保持运动平稳性的特点。

（3）变电压或变压力元件

在电气系统中，变压器能够起到升高电压和降低电压的作用，在液压系统中，局部油路的压力改变可以通过减压阀进行降压或通过增压缸实现增压，也可以由马达型液压变压器实现压力改变，马达型变压器由变量马达单元与变量泵单元组成，通过改变单元件的排量可以改变进出油口压力，达到改变压力的目的。

（4）流量控制元件

在电气系统中，可变电阻器通过改变电阻值的大小，改变电路中的电流；在液压系统中，节流阀和调速阀也可以通过改变节流口的通流面积和改变油路中的流量，达到控制执行元件的运动速度的目的。

3．4辅助元件

电气系统中的导线相当于液压系统中的管路，导线在电气系统中起到输送电压和电流的作用，管路在液压系统中起到输送压力和流量的作用。

电气系统中的滤波器对电信号进行提取、分隔、抑制干扰，液压系统中的过滤器对液压油中的杂质进行过滤清洁，起到保护作用。

电气系统需要接线柱（夹）、电压表、电流表及绝缘件等，液压系统的辅助元件也有管接头、压力表、流量表、密封圈等。

4　控制方式的比较

4．1通路与短路

和电气系统的通路一样，液压系统也需要循环通路。

（1）通路

电气系统在构成一个封闭的通路时才能正常地工作，液压系统同样需要通路才能正常工作。液压油在油泵的作用下，流经相关的控制阀，进入执行元件，经回油管流回油箱，构成封闭的回路。

（2）短路

压力油不流经执行元件直接流回油箱的回路称为短路，液压回路的短接可以实现液压泵节能减耗。在电气技术和液压技术中，短路的方法均可用于系统故障诊断。

4．2串联、并联回路

电气系统中存在着电阻的串联、关联，在液压系统中，同样存在着负载的串联、并联。

（1）液压串联回路

多个换向阀的进油口、回油口依次连接的回路称为串联回路，如图1（a）所示，其实质为负载串联。串联回路具有以下特性。

①液压泵的压力（系统压力）等于同时动作的各个执行元件压力之和；

②液压泵的流量（系统最大流量）是按照各执行元件中流量最大的数值选取的。

图1　液压系统串联、并联回路

（2）液压并联回路

多个换向阀的进油口、回油口分别并联连接的回路称为并联回路，如图1（b）所示。其实质为负载并联。并联回路具有以下特性。

①液压泵的流量等于同时动作的执行元件的流量之和；

②液压泵的压力是按各执行元件中所需最高压力选取［5］。

以上串并联回路特性未考虑油液的流量压力损失。

可以看出，液压回路中负载的流量压力串并联特性与电路中电流电压串并联特性相似。

4．3桥路的比较

图2　液压半桥的三种形式

电气系统中的电桥有平衡电桥和非平衡电桥，平衡电桥用于测量具有相对稳定状态的物理量，非平衡电桥是通过桥路来测量电阻，根据电桥输出的不平衡电压，计算出引起电阻变化的物理量，如温度、压力、形变等。

液压半桥是由至少一个可变液阻构成的控制桥路，图2所示为3种不同类型的液压半桥。通过输入先导控制信号改变节流阀节流口面积调整桥路的压差，起到位移-压差转换器与功率放大器的作用，是液压回路中重要的控制方式。

从桥路的影响因素和效果看，电桥与液压桥路具有相似特性。

5　识图方法的比较

对于大多数移动设备而言，电气系统图和液压系统图具有相似的识图方法，即通常采用顺序识图法，也遵循通路闭合性的原则，通路的闭合性分析是系统图分析的主线，只有通过通路闭合性的分析才能得出正确的结论。

6　结束语

对电气控制和液压控制进行比较，仅仅是对两者基本原理和特点的进一步认识，能够巩固所学的专业知识。由于电气技术和液压技术还有更多独自的特性，需要结合相应的元件设备和应用场合进行分析，才能更好地掌握相关的知识和技术。

参考文献：

［1］左健民．液压与气压传动［M］．北京：机械工业出版社，2011．

［2］郑兰霞．浅析液压传动与电气传动的相似性［J］．数字技术与应用，2010，（5）．

［3］张海平．液压速度控制技术［M］．北京：机械工业出版社，2014．

［4］朱玉川．电气与液压技术的相似性比较［J］．机床与液压，2011，39（24）：61-62，79．

［5］袁子荣．新型液压元件及系统集成技术［M］．北京：机械工业出版社，2012．

Comparison of basic characteristics of electric control and hydraulic control

CHEN Jian-hua，YU De-lin

（Mechanical and Electrical Engineering Department，Hubei Communication Vocational Technical College，Wuhan 430079，China）

Key words：hydraulic control；electric control；basic characteristics；comparison

Abstract：The electric control and the hydraulic control are the two main control modes of the motion for the object．There are many similarities between the two modes on the basic element characteristics，the control principles and the characteristics．Based on the respective characteristics of the two control modes，the similarities and differences between the two control modes are compared and analyzed by using the analogy method．It can help us to grasp the electric technology and hydraulic technology better，also can help us to master the comprehensive utilization of the electrohydraulic technology．

中图分类号：TH137

文献标识码：A

文章编号：1005—7277（2016）02—0010—03

作者简介：

陈建华（1966-），男，湖北武汉人。副教授，硕士，主要从事液压技术教学与研究工作。

收稿日期：2016-02-16