电源中电磁元件的铁心结构
第讲 交流铁芯线圈电路和变压器
第讲交流铁芯线圈电路和变压器背景在电路设计和应用中，变压器和线圈通常是用于转换和传输电能的重要元器件。
它们可以实现电压升降、电能传递以及信号耦合等功能。
而其中，交流铁芯线圈电路和变压器的应用较为广泛，因此学习和掌握这些知识是非常重要的。
交流铁芯线圈电路交流铁芯线圈电路是将一个固定的直流电源直通到一对铁芯线圈(即“电感”)，并在此基础上加上一个交流信号。
其中，铁芯可以是软磁材料或硬磁材料制成的。
在软磁材料中，磁通可以容易地改变方向，并且可以减小失真；而硬磁材料则更容易保持磁通的方向，但对于信号失真的问题则有些难以解决。
在铁芯线圈中，交流信号会导致其中的磁通不断变化，从而产生交流电磁感应电动势。
此时，电感的阻抗就会随着电流和信号频率的变化而发生变化，其阻抗值随信号频率的增加而增大。
因此，铁芯线圈常用于滤波和隔离等应用中。
变压器变压器是一种将交流电能从一个电路传输到另一个电路的装置，通常用于调整电路中电压或者电流的变化。
变压器是由两个或多个线圈连接在一起，其中一个线圈与电源相连，称为“输入线圈”(primary coil)；而另一个线圈与负载电路相连，称为“输出线圈”(secondary coil)。
变压器的基本原理是利用电磁感应现象，使得输入线圈中的磁通沿着铁心产生磁通，从而引起输出线圈产生感应电动势。
由于变压器中的磁通是通过铁心传递的，因此变压器的铁心一般由软磁性材料(如硅钢)制成，以降低磁通的损耗。
在变压器中，输入线圈和输出线圈的匝数比例决定了变压器的转换比。
这种设计使得变压器可以在输出电路中调整电压和电流的值，而不需要使用其他的元器件(如调压器)。
因此，变压器应用非常广泛，例如电源适配器、放大器和UPS等。
本文简要介绍了交流铁芯线圈电路和变压器的工作原理和应用范围。
其中，交流铁芯线圈电路主要用于滤波和隔离等应用中；而变压器通过调整电路的电压和电流，被广泛应用于电源适配器、放大器和UPS等领域。
常用低压电器的结构及原理
（一）低压断路器的结构和工作原理
1．主触头及灭弧装置 2．脱扣器 3．自由脱扣机构和操作机构
图 5-38 低压断路器工作原理 1-分闸弹簧 2-主触头 3-传动杆 4-锁扣 5-轴 6-过电流脱扣器 7-热脱扣器 8-欠压失压脱扣器 9-分励脱扣器
（二）、低压断路器的主要技术数据和保护特性
1．低压断路器的主要技术数据 1）额定电压 2．保护特性
图 5-34 HD 、HS刀开关结构示意图
（二）HH系列封闭式负荷开关
（三）HK系列开启式负荷开关
（四）HZ系列组合开关
（五）刀开关选用原则
1）刀开关类型、极数及 操作方式的选择
2）刀开关额定电压的选择
3）刀开关额定电流的选择
二、低压断路器
低压断路器又称自动开关或空气开关。它相当于刀 开关、熔断器、热继电器和欠电压继电器的组合，是一 种既有手动开关作用又能自动进行欠压、失压、过载和 短路保护的电器。
图5-15 灭弧罩窄缝灭弧 1-纵缝 2-介质 3-磁性夹板 4-电弧
第二部分 开关电器
一、刀开关与组合开关
低压开关又称低压隔离器，是低压电器中结构比较简单、应用广 泛的一类手动电器。主要有刀开关、组合开关、以及用刀与熔断器组 合成的胶盖瓷底刀开关和熔断器式刀开关，还有转换开关等。
（一）开启式刀开关
电磁式漏电脱扣器结构示意图
电磁式电流动作型漏电断路器工作原理图
（二）漏电断路器典型产品 漏电断路器典型产品有DZ15LE、DZL16、DZL18、 DZ20L、DZL25、JC等系列。 （三）漏电断路器的选用 1）额定漏电不动作电流的选择。 2）额定漏电动作电流的选择。 3）漏电保护特性的选择。 4）额定剩余动作电流的选择。
1．额定参数
直铁芯电感
直铁芯电感器，也被称为扼流圈、电抗器或电感器，是在电子设备中广泛使用的元件。
它主要用于平滑整流后的直流成分，以减小其波纹电压，从而满足电子设备对直流电源的要求。
直铁芯电感器的主要技术指标包括电感量和直流电压降。
电感量由所要求的波纹系数确定，在进行整流器和滤波器计算时确定；而直流电压降则影响整流器输出电压和负载调整率。
此外，直铁芯电感器还分为电源滤波扼流圈、交流扼流圈（包括电感线圈）和饱和扼流圈三种类型，其中前两种类型的用量最大。
在扼流圈铁心中，存在着交直流两种磁化场，其中直流分量是主要部分。
在选择直铁芯电感器时，需要注意其电感量、电流承载能力、工作频率范围等参数，以确保其能够满足具体的应用需求。
同时，不同的品牌和型号的直铁芯电感器在性能上也可能存在差异，因此在实际使用中需要根据具体的应用场景进行选择。
总的来说，直铁芯电感器是电子设备中重要的元件之一，其性能的稳定性和可靠性对于保证电子设备的正常运行具有重要意义。
电工与电子技术第五章-磁路与铁芯线圈电路
要使剩磁消失，通常需进 行反向磁化。将 B=0时的 H 值称为 矫顽磁力 Hc， （见图中3和6所对应的 点。）
1
2 3 O 4 6
H 5
磁性物质的分类
根据滞回曲线和磁化曲线的不同，大致分成三类： (1)软磁材料 其矫顽磁力较 小，磁滞回线 较窄。(铁心)
B
(2)永磁材料 其矫顽磁力较 大，磁滞回线 较宽。(磁铁)
磁感应强度 B 的大小及方向：
电流强度为 I 长度为 l 的电流元，在磁场中将受 到磁力的作用。实验发现，力的大小不仅与电流 元 I· l 的大小有关，还与其方向有关。 当 l 的方向与 B 的方向垂直时电流元受力为最大 F = F max ，此时规定，磁场的大小
Fmax B 的单位为特斯拉(T) B I l 磁场的方向，由 I l 、B 和 F 三个矢量成右旋系的
一、电磁关系
铁心如图所示， 磁动势 F = iN 产生 的磁通绝大多数通过铁 心而闭合，这部分磁通 称为工作磁通Φ。 u
i e eσ
N
Φ
Φσ
此外还有一少部分通过空气等非磁性材料而 闭合，这部分磁通称为漏磁通，用Φσ 表示。 这两个磁通在线圈中产生感应电动势e和eσ 。 e为主磁电动势，eσ 为漏磁电动势。
d di e N L dt dt
二、线圈两端的电压与电流之间的函数关系
据KVL有：
u iR e e
N i u
Φ Φσ
di iR e (L ) dt di iR L (e) dt
e eσ
u R u u 当 u U m sin t伏 为正弦量时，
H B/
工程上常根据安培环路定律来确定磁场与电流 的关系
变压器铁心工作原理
变压器铁心工作原理
变压器是一种利用电磁感应原理来实现电压变换的设备。
其核心部件被称为铁心，其工作原理如下：
1. 电流通过一根称为"初级线圈"的导线，产生一个产生交变磁
场的电流。
2. 交变磁场穿过被初级线圈包围的铁心。
铁心由磁导率高的铁材质构成，可以有效地集中和传导磁场。
3. 初级线圈产生的交变磁场通过铁心的磁导效应传递给"次级
线圈"。
次级线圈的匝数和初级线圈不同，从而导致电压的变换。
4. 次级线圈的导线中通过的磁通量产生一定的电动势，导致次级线圈的两端产生不同的电压。
根据电压和匝数之间的关系，可以通过改变线圈的匝数比来实现所需的电压变换。
除了电压变换外，铁心也起到了密封和固定线圈的作用，同时还减小了漏磁损耗并提高了变压器的效率。
总之，铁心在变压器中起到了传导、集中和改变磁场的作用，实现了电压的变换。
简述永磁同步电机的结构
简述永磁同步电机的结构永磁同步电机是一种利用永磁体产生磁场的电机，其结构包括定子和转子两部分。
第一，定子部分：定子是永磁同步电机的固定部分，通常由外壳、定子铁心和定子绕组组成。
1. 外壳：定子的外壳是保护定子部分的外部结构，通常采用金属材料，如铝合金等。
2. 定子铁心：定子铁心是定子的主要机械支撑结构，通常由硅钢片叠装而成，以减小磁阻，提高能效。
3. 定子绕组：定子绕组是定子的主要电磁部分，由若干匝的绕组线组成。
绕组线一般采用高导磁性、低电阻的铜线，通过定子铁心的槽槽来保持形状和位置。
第二，转子部分：转子是永磁同步电机的旋转部分，通常由转子铁心和永磁体组成。
1. 转子铁心：转子铁心是转子的主要机械支撑结构，通常由硅钢片叠装而成，以减小磁阻，提高能效。
2. 永磁体：永磁体是永磁同步电机的核心部分，它能够产生恒定的磁场。
常见的永磁体材料有钕铁硼(NdFeB)、钴磁铁(CoFe)等。
永磁体通常安装在转子铁心上，通过磁场与定子绕组的磁场相互作用，达到转子的运动。
除了上述主要结构以外，永磁同步电机还包括定位传感器、轴承、连接线等次要结构部分。
1. 定位传感器：定位传感器用于检测转子的位置和角度，以实现精确的电机控制。
常见的定位传感器包括霍尔元件、编码器等。
2. 轴承：轴承用于支撑转子的旋转，通常采用滚珠轴承或滑动轴承，以减小摩擦阻力，提高电机的运行效率和稳定性。
3. 连接线：连接线用于连接定子绕组和外部电源或控制电路，通常采用导电性能好、耐高温、耐腐蚀的导线材料。
参考内容：- 《电机与拖动》（第五版），刘正湧、郭昱辉、王星星，中国电力出版社，2017年- 《电力电子技术基础与应用》（第三版），徐宇、刘臣、吴中华等，机械工业出版社，2019年- 《永磁同步电机理论与应用》（第二版），蒋皓、吴冬梅等，中国电力出版社，2018年- 《电力电子技术概论》（第三版），蔡晓明、胡明等，机械工业出版社，2015年。
主变压器结构各部件作用
主变压器结构各部件作用主变压器是电力系统中的重要设备，用于改变电压的大小，以实现电能的传输和配送。
主变压器的结构主要包括铁芯、线圈、绝缘油箱、冷却装置等部件，每个部件都有其独特的作用，下面将分别对其进行介绍。
1.铁芯：主变压器的铁芯是由硅钢片叠压而成，用来传导磁场，降低磁阻，提高磁路的导磁性能。
铁芯的结构设计和材料选择直接影响主变压器的磁路损耗和铁损耗，对主变压器的性能和效率有着重要影响。
2.线圈：主变压器的线圈分为高压侧线圈和低压侧线圈，分别用来接通高压侧电网和低压侧负载。
线圈由绝缘导线绕成，能够耐受高压和大电流的作用。
线圈的匝数和结构设计决定了主变压器的变比和输出功率，是主变压器的关键部件之一3.绝缘油箱：绝缘油箱是主变压器内部线圈和绝缘介质的容器，能够提供良好的绝缘和冷却效果。
绝缘油箱通常采用油浸式设计，通过油的绝缘性能和散热效果，确保主变压器的正常运行。
同时，绝缘油还能抑制局部放电和减小绕组、铁芯的温升，延长主变压器的使用寿命。
4.冷却装置：主变压器的冷却装置用来散热，以保持主变压器内部的温度在安全范围内。
常见的冷却方法包括自然冷却、强迫风冷和冷却器冷却等，不同的冷却方式适用于不同的工作环境和负载条件。
合理设计的冷却装置能够有效地提高主变压器的功率因数和效率，减少损耗，降低运行成本。
5.油箱配件：主变压器的油箱配件包括油位计、油温计、油泵、绝缘控制器等，用来监测和控制主变压器内部的工作状态。
油位计和油温计能够实时监测油箱内的油位和油温，确保主变压器的正常运行；油泵用来循环冷却油并保持油温均匀；绝缘控制器则监测主变压器的绝缘状态，及时发现绝缘故障并采取措施，确保设备的安全性和可靠性。
综上所述，主变压器的结构各部件都起着不可替代的作用，协同工作，实现电压的改变和电能的传输。
通过科学的设计和合理的运行，主变压器能够提高电力系统的效率和稳定性，保障电力供应的可靠性和安全性。
电气设备中电磁铁的结构及分类
电磁铁 结构 工作 原 理 吸 力
关键词
一
、
电磁铁 的结构
Ｆ － － ０ ． １ （ ＵＸ １ ０ ４ ／ ｆ ｗ ） ２ ． ｓ ／ （ ６＋ ｌ ｇ ８ ／ ０ ）
（ 平均）
供配 电系统低压 电器 中， 如继 电器 、 断路 器 、 接触 器等其 主 要 构成之一就是 电磁铁这种元件 。电磁铁一般由静铁心 、 动铁心 铁） 、 线圈 、 分磁 环（ 短路环） 、 弹簧 、 磁轭等构成。
本单位应用较多的是 各种交流 电磁铁 ，这里 以交流 电磁铁 或 因密封 不当 ， 潮 气吸人 ， 都可能使 吸力减小 ， 其根本原 因是尘
为例 明电磁铁吸力与各参数 的关系。
电磁铁 的吸力 ： Ｆ ＝ Ｂ ２ Ｓ ／ ２ 。 式中 ， Ｆ 一吸力 ； Ｂ 一磁通密度 ； ｓ 一铁心极面的截面积 ；
保护瞬动 电磁铁 、 液 压式脱扣器 的过 载 、 短路保护线 圈 、 电流继 大， 要保 持足够 的磁通 值 ， 当 ｗ 不变时 ， 势必 增大励 磁电流
电器线 圈等 为电流线圈 ； 欠 电压脱扣 器 、 分 励脱扣器 、 电压继 电 Ｉ 。反过来 ， 铁心 已吸合 ， ８＝ ｏ ， 此时 Ｒ 最小 ， １ ｗ 中， 励磁 电流 Ｉ 器等为 电压线圈） ； 按其工作制 可分 ： 八小 时工作 制 、 不 间断 工作 最小 。 倘使 电磁铁已闭合 ， 由于铁 心极 面不平 ， 或有尘埃 ， 甚至水 制、 断续 周期工作制 等 ； 另外 还可分为控制 电磁铁 、 单行程 电磁 蒸气 附着于极面 ， 电磁 铁就处于未完 全吸住 ， 便有因抖动产生 的 铁、 压力密封的电磁 铁 、 液压电磁铁等 。 四、 电磁铁的吸力 噪声 。对于要求极高的 电磁式剩余电流保护装置的漏电脱扣器 其极 面的平整度规定在 １ 个 以下 ， 极面上任何 的灰尘 、 油迹
推拉式电磁铁原理和结构
推拉式电磁铁原理和结构
推拉式电磁铁是一种常用的电磁元件，它的应用范围非常广泛，如电磁继电器、电磁锁、电子门禁等，主要用于控制和管理电路的开关量。
本文将围绕推拉式电磁铁的原理和结构进行阐述。
一、电磁铁的原理
电磁铁是一种利用电磁作用产生磁场的装置，它一般由铁心、线圈和绝缘材料等组成。
当电流通过线圈时，线圈内部就会产生磁场，这个磁场会作用于铁心，将其磁化。
磁化后的铁心将对磁场有很好的导磁性，因而能够增强磁场，使其达到一个比较强的水平，从而达到起到吸铁石的效果。
二、推拉式电磁铁的原理
推拉式电磁铁的工作原理是利用电磁铁的基本原理，但它与普通电磁铁不同的地方在于，它的铁心不同，它的铁心分成了两个部分，分别为动铁芯和静铁芯。
在两个铁心之间，还安装有一个弹簧，这是推拉式电磁铁的核心部分。
当电流流经线圈时，线圈内部产生的磁场使得动铁芯向静铁芯的方向运动，直到两个铁芯完全接触，此时，推拉式电磁铁就实现了吸合功能，它的磁场可以使铁芯与吸引的铁件紧密地连接在一起。
当电流消失时，弹簧的作用力会使得动铁芯向后退回，此时，推拉式电磁铁的吸合功能随之解除。
三、推拉式电磁铁的结构
从结构上来看，推拉式电磁铁由电磁铁的基本组成部分和推拉式结构的特有部分组成。
其主要包括线圈、铁芯和弹簧等组成部分。
其中，弹簧可以保证电磁铁在断电后能够恢复到起始位置，线圈则扮演着产生磁场的角色，而铁芯则是磁场产生的载体。
总之，推拉式电磁铁在电子行业中扮演了重要的角色，它的应用范围非常广泛。
本文从原理和结构两方面对推拉式电磁铁进行了简要的阐述，希望能够帮助读者更好地理解推拉式电磁铁的构成与作用。
开关电源磁性元件磁心选择的计算
开关电源磁性元件磁心选择的计算-AP值法1前言开关电源以其体积小，重量轻，效率高，控制灵活可靠等优点成为现代广泛应用的电力变换装置。
开关电源磁性元件，如开关变压器和谐振电感等，是开关电源的核心组成部分之一。
设计合理、可靠的磁性元件，是设计性能优良的开关电源的基础。
所谓合理、可靠的磁性元件，就是在满足元件功能的情况下，能够长期安全工作，温升在允许的范围内，而且体积小，重量轻，材料节省。
磁性元件设计的关键，是选取合理的磁心。
因为磁性元件的主要部分就是磁心和线圈，一旦磁心确定，线圈也就基本确定了。
只有选取了适当的磁心，才能设计出合理、可靠的磁性元件。
选取磁心的算法有多种，如查表法[1]、磁心结构常数法（Y值法）[2]等。
而AP 法是理论比较严密，磁心参数查找比较便利的一种方法。
2选择开关电源磁性元件磁心的材料、结构和必备的计算参数2.1材料变压器磁心选用高磁导率软磁材料制造，以减少磁滞损耗与磁心体积，提高励磁效率。
几种常用磁心材料的磁导率和适用频率范围可以用图1[3]粗略描述。
从图中可以看出，适用于开关电源工作频率段的磁心材料主要有铁氧体、铁粉磁心等。
其中，尤以Mn-Zn铁氧体综合特性最好，因此使用最广泛。
2.2铁氧体磁心结构和应用铁氧体磁心已经形成系列标准结构与尺寸，规格品种繁多，常用的铁氧体磁心结构和形状有EE型、ETD（EC）型、EI型、U型、罐型、环型等，外形结构如图2。
1）EE型特点：窗口大，散热好；结构规则，便于组合使用。
缺点是电磁屏蔽性能差、干扰大。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，驱动变压器，脉冲变压器；2）ETD（EC）型特点：窗口大，散热好；磁心截面积大，绕线匝数少，长度短，漏感小，铜损小。
适用：较大功率开关电源变压器、电感，扼流圈，更适合高频使用。
3）EI型特点：与EE相似。
适用：开关电源变压器，驱动变压器，脉冲变压器。
4）U型磁心特点：窗口面积大，适用于大功率型变压器或高压型变压器。
铁芯工作原理
铁芯工作原理
铁芯是指在电力电子设备中用作变压器、电感器等元件的一种材料。
它的工作原理是基于磁感应定律，即当电流通过铁芯时，会产生一个磁场，而这个磁场又会影响到铁芯周围的电流。
通过控制电流的大小和方向，可以实现对磁场的调控，从而达到对电磁能量的转换和传输的目的。
在变压器中，铁芯的工作原理是利用磁感应定律以及互感作用。
变压器由两个互相绝缘的线圈组成，一个是输入线圈，另一个是输出线圈。
当输入线圈通电时，通过铁芯产生的磁场会穿过输出线圈，从而在输出线圈中产生感应电压。
通过控制输入线圈的匝数和电流大小，可以实现输入和输出电压的变换。
在电感器中，铁芯的工作原理是利用磁感应定律以及自感作用。
电感器是由线圈和铁芯组成的，当电流通过线圈时，会产生一个磁场，而铁芯的存在可以增强这个磁场的强度。
通过控制电流的变化速率，可以在电感器中产生电压，从而实现对电磁能量的存储和释放。
总的来说，铁芯的工作原理是基于其具有高导磁性和低磁导率的特性，通过控制电流的大小和方向，可以实现对磁场的调控，从而实现对电磁能量的转换和传输。
三相五柱式铁铁心与铁呃面积_解释说明
三相五柱式铁铁心与铁呃面积解释说明1. 引言1.1 概述在现代电力系统和电力设备中，铁芯是一个不可或缺的组成部分。
它承担着导磁和集中磁场的重要功能，为电力传输、变压器、电机等设备提供必要的磁路。
而在这些设备当中，三相五柱式铁心被广泛应用于变压器和感应电机等领域。
1.2 文章结构本文将对三相五柱式铁铁心以及铁芯面积展开详细阐述。
首先，在第二节中，我们会从定义与特点、结构组成以及应用领域等方面进行深入介绍三相五柱式铁心。
接下来，在第三节中，将探讨铁芯面积的定义与计算方法，并讨论它对电磁性能的影响以及优化设计所需考虑的因素。
在第四节中，我们会着重讨论三相五柱式铁心与铁芯面积之间的关系，并通过实际案例进行分析和结果展示。
最后，在第五节中，对主要观点、发现结果进行总结，并展望未来进一步研究的方向和建议。
1.3 目的本文旨在深入研究和探讨三相五柱式铁铁心以及铁芯面积的重要性，并就它们之间的关系进行分析与讨论。
通过对相关理论与实践的梳理和总结，旨在为电力系统和电力设备领域的工程师和研究人员提供有价值的参考和指导，促进该领域技术水平的提升，并为进一步创新和发展奠定基础。
2. 三相五柱式铁铁心2.1 定义与特点三相五柱式铁铁心是一种用于电力变压器和互感器的核心结构。
它由五个独立的铁芯柱构成，每个柱上绕有一个线圈。
这五个柱通过连接装置组合在一起，并以对称排列的方式固定在一起。
这种结构具有以下特点：- 大功率传输能力：三相五柱式铁铁心由于其较高的磁导率和低损耗特性，能够承受大量功率传输。
- 高效节能：该结构能够减小电流密度和降低电阻损耗，从而提高变压器或互感器的效率。
- 空间利用充分：由于该结构紧凑而稳定，可以更好地利用设备内部空间。
2.2 结构组成三相五柱式铁铁心的主要组成部分包括：- 铁框：通常为具有良好导磁性能的硅钢材料制成，它通过连接装置将五个铁芯柱牢固地固定在一起。
- 铁芯柱：通常为长方形截面的硅钢片制成，其上绕有线圈。
铁心工作磁密选择依据
铁心工作磁密选择依据铁心工作磁密是指在特定工作条件下，铁心的磁通密度，它是一个重要的性能指标，直接影响着电磁元件的性能和使用效果。
铁心工作磁密的选择依据非常重要，不仅关系到元件的正常工作和性能表现，也影响着整个电器设备的性能和可靠性。
本文将介绍铁心工作磁密的基本概念和影响因素，以及在实际应用中的选择依据。
一、铁心工作磁密的基本概念铁心工作磁密是指在工作条件下，铁心中的磁通密度。
在电器设备中，铁心常常作为传磁元件存在，用于集中或引导磁场，以实现电磁能量转换、传递和控制。
铁心工作磁密的大小关系着电器设备的电磁性能和能效，因此在设计和选择铁心时，需要合理确定其工作磁密。
二、影响铁心工作磁密的因素1. 工作频率：工作频率是影响铁心工作磁密的重要因素之一，不同频率下磁通密度的变化规律也不同。
在高频条件下，铁心会出现涡流损耗和剩余磁场损耗，导致工作磁密受到限制；而在低频条件下，工作磁密受到的影响较小。
2. 工作温度：温度是影响铁心磁性能的关键因素，过高或过低的温度都会影响磁性能。
通常来说，铁心的工作磁密随温度的升高而下降，因此在设计和选择铁心时，需要考虑其工作温度范围。
3. 材料特性：铁心的材料特性也直接关系着其工作磁密，包括磁导率、饱和磁感应强度和磁滞回线等。
不同材料的铁心在相同磁场下的工作磁密也会有所不同，因此在选择材料时需要考虑其磁性能指标。
4. 载荷条件：铁心在实际应用中承受的载荷条件也会影响其工作磁密的选择。
不同的应用场合，要求铁心具有不同的工作磁密范围，需要根据具体情况进行选择。
三、铁心工作磁密的选择依据1. 根据设计要求：在设计电磁元件或电器设备时，需要根据具体的工作条件和性能要求确定铁心的工作磁密。
根据所需的磁场强度和磁通密度，选择合适的铁心工作磁密范围。
2. 考虑温度影响：在确定铁心工作磁密时，需要考虑工作温度对其磁性能的影响。
根据实际工作条件和环境温度，确定铁心的工作磁密范围。
3. 考虑频率影响：对于高频应用，需要考虑频率对铁心工作磁密的限制，选择适合的铁心材料和结构；对于低频应用，可以根据低频下铁心的磁性能特点选择合适的工作磁密范围。
常用电磁线圈介绍
一、电磁传动装置的基本组成和工作原理电磁传动装置是一种通过电磁铁把电磁能转变成机械能来驱使电器触头动作的机构。
电磁传动装置实际上就是一个电磁铁。
它的形式有很多，比如：螺管式、直动式、E形、U形等，但它们的基本组成和工作原理却是相同的。
电磁铁主要由吸引线圈和磁系统两部分组成。
磁系统一般由铁心、磁轭和衔铁三部分组成。
衔铁又称为动铁心，铁心和磁轭又称为静铁心。
下面以直流接触器和继电器常用的拍合式电磁铁为例，说明其工作原理和各组成部分的用途。
图4－1 电磁铁的工作原理1－衔铁；2－极靴；3－线圈；4－铁心；5－磁轭；6－非磁性垫片；7－反力弹簧；8－调节螺钉。
如图4－1所示为一个直流拍合式电磁铁的结构，它由线圈3、极靴2、铁心4、磁轭5和衔铁1等组成。
线圈3套装在铁心4上，极靴2与衔铁1之间的空气隙称为工作气隙，磁轭5与衔铁1之间的气隙称为棱角气隙。
极靴用来增大气隙磁导，并可以压住线圈。
非磁性垫片6用来减少剩磁通，以防线圈断电后衔铁被剩磁吸力吸住而不能释放。
由于非磁性材料的导磁率和空气的导磁率很接近，故可认为是一个空气隙，称非工作气隙。
其工作原理是：在线圈未通电时，衔铁在反力弹簧的作用下，处于打开位置，衔铁与极靴之间保持一个较大的气隙。
当线圈接通电源后，线圈中产生磁势IW，在磁系统和工作气隙所构成的回路中产生磁通φ，其流向用右手螺线管法则确定（如图中虚线所示）。
根据磁力线流入端为S极，流出端为N极的规定，在工作气隙两端的极靴和衔铁相对的端面上产生异性磁极。
由于异性磁极相吸，于是在铁心和衔铁间产生电磁吸力。
当电磁吸力产生的转矩大于反力弹簧反作用力产生的转矩时，衔铁被吸向铁心，直到与极靴接触为止，并带动触头动作。
这个过程称为衔铁的吸合过程，衔铁与极靴接触的位置称为衔铁闭合位置。
此时，衔铁与极靴之间仍有一个很小的气隙。
当线圈中的电流减小或中断时，铁心中的磁通变小，吸力也随之减小，如果吸力小于反力弹簧的反力（归算后），衔铁在反力弹簧的作用下返回至打开位置，并带动触头处于另一工作位置。
电磁铁理论计算
电磁铁理论计算电磁铁广泛用于低压电器产品中,本文就电磁铁的结构、参数、铁心材料、故障现象、产生原因及排除故障的方法作了论述。
1电磁铁的结构在很多低压电器产品中,如断路器、接触器、继电器、电磁铁等,都使用“电磁铁”这种元件。
“电磁铁”一般由铁心[静铁心(主极铁心),动铁心(衔铁)]、线圈、分磁环(短路环,适用于交流电磁铁)、反作用力弹簧、磁轭等构成。
“电磁铁”,按结构型式可分：拍合式,形式,E形式,螺管式,转动式等,较多使用的是拍合式、形、E形；按电磁铁的励磁方式可分直流和交流两大类；按其用途可分电流线圈和电压线圈两种(断路器的短路保护瞬动电磁铁、液压式脱扣器的过载、短路保护线圈、电流继电器线圈等为电流线圈；欠电压脱扣器、分励脱扣器、电压继电器等为电压线圈)；按其工作制可分：八小时工作制,不间断工作制,断续周期工作制等。
2吸力与电磁铁各参数的关系电磁铁的吸力式中F——吸力；B——磁通密度(电磁铁动、静铁心工作气隙的磁通密度)；S——铁心极面的截面积；μ0——真空中的磁导率。
由于B(B=Φ/S)与IW或U(电压)等有关系,因此表现在直流电流或电压线圈上,吸力与电磁铁的参数略有不同。
(1)直流电磁铁电流线圈F=6.4(IW)2S/δ2(2)(拍合式)F=3.2(IW)2S/δ2(3)(形)电压线圈的F计算式与式(2)、(3)同(因为U=IR,R=l,线圈电阻中长度L与W等有关,最后仍可化为IW等式)。
(2)交流电磁铁电流线圈F=3.2(ImW)2S/δ2(4)(形)电压线圈各式中F——电磁铁铁心极面上的吸力；U——线圈两端施加的电压；Im——励磁电流的最大值；W——线圈的匝数；S——铁心极面的截面积；δ——工作气隙；L——铁心的磁路长度；g——单位长度的漏磁导；f——交流电的频率。
不论是直流或交流,电压U或等于IR,或U=E2＋(IR)2,均可化出励磁电流来。
从式(1)～(6)可见：吸力F与IW或线圈两端的电压的平方成正比,与铁心的截面积S成正比,与静铁心、动铁心(衔铁)间的工作气隙的平方成反比。
电机主要零部件的基本结构和作用
图 2 - 11 电枢铁心和绕组
图 2 - 12 塑料换向器剖面图
•
电刷放在电刷座中， 用弹簧将它压在换
向器上， 使之和换向器有良好的滑动接触(见图
2 - 8)。 在直流电机中， 电刷和换向器的作用是
将电枢绕组中的交变电势转换成电刷间的直流
电势。
电机主要零部件的基本结构和作用
1. 定子铁心和励磁绕组
•
小容量直流电机的定子铁心往往将磁极
和磁轭连成一体， 用厚为 0.35～0.5 mm的电工
钢片的冲片叠压而成。 铁心外处的机壳由铝合
金浇铸而成， 如图 2 - 9 所示。为了使主磁通在
空气隙中的分布更为合理， 磁极的极掌(或称极
靴)较极身为宽， 这样也可使励磁绕组牢固地套
• 电枢绕组的组成方法是： 将绝缘铜导线预先制 成元件， 并嵌在槽内， 然后将元件的两个端头， 按照一定的规律接到换向器上， 如图 2 - 11 所示。
•
3. 换向器和电刷
•
换向器是由许多换向片(铜片)叠装而成的。
换向片之间用塑料或云母绝缘， 各换向片和元
件相连。常用的换向器有金属套筒式换向器与
塑料换向器。图 2 - 12 是塑料换向器的剖面图。
在磁极铁心上。
•
励磁绕组由铜线绕制而成， 包上绝缘材
料以后套在磁极上(见图 2 - 9)。 当励磁绕组通
以直流电时， 就产生磁通， 形成N、 S极。 直
流电机可以做成多对极， 但控制用的直流电机
一般做成一对极。上述的励磁方式称为电磁式。
此外， 定子磁极还可以用永久磁钢做成， 称为
永磁式。
图 2 - 9 定子结构简图
图 2 - 10 电枢铁心冲片
铁心工作磁密选择依据
铁心工作磁密选择依据铁心是电机、变压器、感应加热设备等电磁元件中重要的部件，它的磁密选择对于设备的性能和效率至关重要。
本文将围绕铁心工作磁密选择的依据展开探讨，以期为相关领域的从业者提供一定的参考和借鉴。
一、铁心工作磁密的概念及重要性铁心的作用是将电磁线圈产生的磁场集中在一个相对稳定的区域内，以提高磁场的强度和效率。
而铁心的工作磁密是指在工作状态下通过铁心材料的磁感应强度大小，通常用单位面积上的磁感应强度来表示。
铁心的工作磁密选择的合理与否，直接关系到设备的性能和效率。
二、铁心工作磁密选择的影响因素1. 材料特性铁心的材料对其工作磁密的选择有着重要影响。
一般来说，铁心材料的饱和磁感应强度越高，其工作磁密可以选择的范围也越宽。
材料的磁导率、矫顽力等参数也将影响着铁心工作磁密的选择。
2. 工作环境不同的工作环境对于铁心的工作磁密有不同的要求。
对于变压器来说，如果工作在高温环境下，那么铁心的工作磁密选择应当考虑到材料的热稳定性；而对于电机来说，工作转速、工作电流等参数也会对工作磁密的选择产生影响。
3. 设备性能需求不同的电机、变压器等设备，对于铁心的工作磁密有着不同的性能需求。
高效率电机通常会选择较高的工作磁密，以提高电机的效率；而对于一些特殊应用的变压器，可能需要选择较低的工作磁密，以降低铁心的损耗和温升。
三、铁心工作磁密选择的依据1. 根据设备类型选择不同类型的电机、变压器等设备，对于铁心工作磁密的要求是不同的。
首先应该根据设备的类型和工作特性来确定工作磁密的选择范围。
2. 根据材料特性选择在确定了工作磁密的选择范围之后，应该结合铁心材料的特性，选择合适的材料来满足工作磁密的要求。
这包括饱和磁感应强度、磁导率、矫顽力等参数的考量。
3. 根据工作环境选择考虑到设备的工作环境和工作条件，如温度、湿度、振动等因素，对工作磁密的选择进行调整，以确保设备在各种工作环境下都能够稳定可靠地运行。
四、结语铁心工作磁密的选择对于电机、变压器等电磁元件的性能和效率有着直接的影响，因此在实际工程中需对其选择进行深入的分析和研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电源中电磁元件的铁心结构天水电气传动研究所徐泽玮(天水741018)1引言铁心是电源中电磁元件的重要部件，对它的性能起着重要的作用。
设计电磁元件的铁心，包括以下几个主要内容：（1）根据电源的电路和工作频率，转换成铁心对软磁材料的要求，选取适用的软磁材料；（2）根据电源要求的性能指标，选取适用的铁心结构形式；（3）根据传送功率和输入阻抗（输入电感），计算和选取铁心尺寸；（4）根据电磁元件电磁场数学模型，进行铁心和线圈参数计算；（5）根据使用要求，换算铁心散热面积和工作温度。
如果工作频率在10Hz至20kHz的声频范围内，还要考虑周围环境对可闻噪声的要求。
在强调环境保护的今天，可闻噪声污染，对人的身心都会造成相当的危害。
因此，降低可闻噪声，使它限制在一定范围内，是相当重要的。
如果达不到指标，在设计铁心结构时要采取降低噪声的措施。
对有铁心的电源变压器，第（1）、第（2）项是决定性的，文献1中已作介绍，不再赘述。
关于第（3）项，比较通用的是从下面三个公式来设计和选取铁心尺寸。
ACAO=P2(1＋η)/KUJfΔBm(1)ACLC=P2(1＋η)/KUμOμfΔBm(2)L1=μOμACN12/lC(3)式中：AC是铁心实际截面积（包括铁心占空系数KC）；AO是铁心窗口实际面积（包括窗口占空系数KO），ACAO是铁心的特征参数；P2是电源变压器的输出功率；η是电源变压器的效率，P2(1＋η)相当于电源变压器的视在功率；KU是波形系数，对矩形波为2，对正弦波为2 22；J是电流密度；f是工作频率；ΔBm是工作磁通密度变化范围，对磁通密度双向变化的电源变压器为2Bm，对磁通密度单向变化的电源变压器为Bm－Br；lC是铁心的平均磁路长度，ACLC是铁心的有效体积；L1是输入电感；μO是真空磁导率；μ是铁心在工作频率下的有效磁导率；N1是输入（初级）线圈匝数。
关于第（4）项，在超过一定工作频率的高频条件下，电源变压器的设计应当考虑电磁场的一维、二维或三维数学模型，否则会造成相当大的误差。
原电子工业部的指导性技术文件SJ/Z2921 88《开关电源变压器设计方法》已不再适用。
应当根据现在已经比较普及的计算机辅助设计，制定新的指导性技术文件。
关于第（5）项，一般不怎么受设计者重视，而是根据试制样品温升试验的结果再作修改。
但是对功率较大（例如100W以上），工作频率较高（例如100kHz以上），还是先进行铁心工作温度核算，以便在设计中采取措施，防止铁心温升超过规定值。
以上简单地介绍电源变压器铁心的设计程序，不但是为了强调软磁材料和铁心结构对电源变压器的重要性，同时也是为了澄清现在设计中流行的一些方向误导的作法，供同行们参考。
由于收集资料还不完备，这里只介绍高度为厘米级以上的立体式铁心结构，包括复合铁心结构和多功能（磁集成）铁心结构。
至于高度为1mm～10mm级的平面式铁心结构和高度为1mm级以下的薄膜式铁心结构，以后再作介绍。
图1硅钢铁心的片形(a)I形(b)CI形(c)EI形(d)EE形图2硅钢叠片式铁心结构截面(a)方形(b)三阶梯形(c)多阶梯形2硅钢铁心50Hz～60Hz工频电磁元件和400Hz～1000Hz中频电磁元件，多数选用硅钢铁心。
硅钢铁心结构分为叠片式铁心和卷绕式铁心两种。
叠片式铁心是把硅钢带材通过剪切或冲压成铁心片，然后叠装成一定结构形式的铁心。
从铁心片形状发展来看（图1），最早是单I形，后来是CI形、EI形和EE形，其目的是便于叠装，减少工时。
如果材料是取向硅钢带，要注意使磁路中磁力线方向与硅钢取向一致，不要与硅钢取向垂直，否则会增加铁心激磁能量和铁心损耗。
为了解决转角处磁力线方向不与硅钢取向垂直，后来又发展成45°斜切角形片形。
从叠装成的铁心截面发展来看（图2），最早是方形，后来发展成三阶梯形、多阶梯形，使铁心截面逐步趋向圆形。
这一方面是为了减少线圈平均匝长，降低阻抗和铜损；另一方面也是为了便于线圈绕制。
从叠装成的铁心柱数发展来看（图3），最早是用于单相变压器和电抗器的两柱式，后来发展成用于三相变压器的三柱式，用于带平衡电抗器的整流变压器的五柱式。
卷绕式铁心是把硅钢带材剪切成需要的宽度后，卷绕成一定结构形式的铁心。
从卷绕成的铁心形状发展来看（图4），最早为环形，后来为了便于绝缘结构设计和线圈绕制，发展成方框形。
方框形包括：用于单相电源变压器的单框式和双框式，用于三相电源变压器的三框式和四框式。
三框式又分为两种：一种是合成的，由两个小框外套一个大框组成；一种是独立的，由互相成120°角布置的三个方框组成。
为了使铁心截面逐渐趋向圆形，和叠片式铁心一样，卷绕式铁心截面也从矩形，经过三阶梯形、多阶梯形，发展成铁心截面基本上是圆形的R形铁心。
截面是R形的卷绕式环形铁心，称为O形铁心。
既可充分利用铁心材料，又可以减少线圈平均匝长，是比较理想的卷绕式铁心结构。
图3硅钢叠片式铁心结构柱数(a)两柱式(b)三柱式(c)五柱式图4硅钢卷绕式铁心结构形状(a)环形(b)单框形(c)双框形(d)合成三框形(e)120°布置三框形图5硅钢CD形和XD形铁心结构(a)CD形(b)XD形卷绕式铁心和叠片式铁心比较，卷绕式铁心可以使磁路中的磁力线完全与硅钢取向一致，而且不存在气隙，因此激磁能量和铁心损耗将减小10％～25％，噪声也低一些。
其铁心加工工艺比较简单，便于用机械加工代替手工叠装。
但是线圈绕制比叠片式铁心难度大，必须用专门的绕线设备，如果线圈损伤则整体报废，不能返修。
为了补偿这些缺点，把卷绕式铁心切开成两半，变成CD形和XD形铁心（图5）。
这种结构虽然有两个或三个气隙，但仍然保持卷绕式铁心的优点，激磁能量和铁心损耗增加不多，噪声也增加不大。
铁心加工除增加铁心切割加工和气隙磨光工序而外，加工工艺也不复杂，仍能采用机械加工。
同时又象叠片式铁心那样线圈绕制比较容易。
线圈损伤也便于拆卸更换。
还有，CD形和XD形铁心对于必须有气隙的电抗器来说，更是一种比较理想的铁心结构。
图6铁基非晶合金单I形叠片式铁心结构图7铁基非晶合金搭接式铁心结构3非晶和微晶合金铁心铁基非晶合金可以用在50Hz～60Hz工频和400Hz～20kHz中频电源中作为电磁元件的铁心材料。
20世纪80年代末，日本大阪变压器厂的研究结论认为：铁基非晶合金铁心在150Hz以上的综合性能，比硅钢铁心好。
经过十多年的研究，铁基非晶合金铁心正在向50Hz～60Hz工频领域扩展，和硅钢铁心进行竞争。
铁基非晶合金铁心结构也分为叠片式和卷绕式两种。
叠片式铁心是比较早期的结构，是把铁基非晶合金带材剪切成一定的铁心片后，再叠装成一定结构形状的铁心。
铁基非晶合金带材厚度一般为20μm～40μm，叠装起来既费时又不容易叠好。
为了缩短工时和增加铁心强度，把几片和十几片薄铁心片粘接在一起，成为0.1mm～0.25mm厚的铁心片，但是损耗也有所增加。
铁基非晶合金磁性不存在取向问题，但是剪切加工困难，一般铁心片形状都为单I形（图6），叠装后的铁心截面都为矩形。
铁心柱数也分为单相电磁元件用的两柱式和三相电磁元件用的三柱式两种。
由于需要大量的工时，叠装式铁基非晶合金铁心结构现在已很少使用。
但是在150μm铁基非晶合金带材工艺成熟之后，仍然有可能采用叠装式铁心结构。
卷绕式铁心是把铁基非晶带材剪切或喷制成一定宽度后，再卷绕成一定结构形式的铁心。
最早是环形，后来为了绕线方便，发展成方框形，包括单框形、双框形、三框形和四框形。
再后来为了简化绕线和装卸工艺，便于更换线圈，发展成CD形和XD形。
和硅钢卷绕式铁心结构不同，铁基非晶合金铁心在20世纪90年代初，出现一种新型的搭接式方框形铁心结构（图7）。
在铁心的接缝部分，铁心带互相搭接在一起，而且接缝部分不在一条直线上，因此气隙比CD形铁心小。
激磁能量和铁心损耗与卷绕式方框形铁心基本相同。
但是它可以逐层打开，在装入线圈后，再逐层合上。
线圈绕制、装卸和更换都比较容易。
现在普遍认为，这种搭接式方框形铁心结构是综合了卷绕式方框形和CD形铁心结构优点的、比较好的铁心结构。
不但可以用于低频，而且可以用于中高频电磁元件。
在配电变压器中已经大量使用，既缩短了铁心加工和装配工时，又可以发挥非晶合金材料的优良性能。
钴基非晶合金和铁基微晶合金用于20kHz～500kHz中高频电源中的电磁元件，主要是卷绕式环形铁心结构，个别的采用CD形铁心结构。
CD形铁心结构主要用于20kHz～50kHz的电磁元件，在超过100kHz时，由于线圈匝数少，主要用环形铁心结构。
在大容量的电源中，20kHz～50kHz的电磁元件将来有可能采用搭接式铁心结构。
4高导磁合金（坡莫合金）铁心为了充分发挥高导磁合金的高导磁特性，一般都采用卷绕式环形铁心结构。
由于高导磁合金对应力敏感，在热处理后，要把环形铁心装在保护盒内，而且在绕线和绝缘处理工艺过程中，一定要轻拿轻放，避免冲击和应力对高导磁合金性能的影响。
以前，在1kHz以下，也有个别情况采用叠片式铁心结构，铁心冲片为EE形或者EI形。
现在比较少见了。
坡莫合金由于环境适应性强，又扩展了使用频率范围，现在在电源中的用量有所增加。
但是铁心结构仍然是卷绕式环形铁心结构。
5软磁铁氧体铁心图8软磁铁氧体铁心结构(a)EI形(b)EE形(c)EER形(d)EP形(e)UF形(f)UYF形(g)RM形(h)PM形(i)PQ形(j)Q形（罐形）(k)T形（环形）(l)LP形软磁铁氧体的铁心结构比较多，这是由于采用热压工艺，比较容易加工成各种形状。
有EI、EE、EER、EP、UF、UYF、RM、PM、PQ、Q（罐形）、T（环形）和LP形等等（图8）。
EI形以尺寸A（E形铁心宽度）为标志，EE形以尺寸A（E形铁心宽度）和2×B （E形铁心长度）为标志，已形成EI10～50，EE8.3/8.0～110/80系列，品种多，制造工艺简单成熟，散热好，便于引出接线，成本较低。
缺点是铁心中间柱截面为方形，给线圈绕制带来麻烦。
同时，无屏蔽，容易产生杂散磁场干扰。
EER形也是以尺寸A（E形铁心宽度）和2×B（E形铁心长度）为标志，已形成EER25/33～54/50系列，铁心中间柱截面为圆形，绕线比较方便，同时绕线长度比方形截面缩短11％，从而降低铜损。
但是仍无屏蔽。
EP形铁心以铁心高度尺寸E为标志，已形成7至30系列，中间铁心柱为圆形，而且一边有屏蔽，另一边有缺口，便于引出接线。
UF形铁心以U形铁心宽度A为标志，形成9.8～25系列，可以两个柱绕线，散热好，引出接线也方便，但是铁心截面为矩形，也无屏蔽。
UYF形铁心以U形铁心厚度C（有时包括U形铁心高度2×B）为标志，已形成10～18系列，有的两个铁心柱面为圆形，有的一个铁心柱面为圆形（单边绕线），一个铁心柱截面为方形。