电磁铁设计
19. 如何利用电磁感应设计电磁铁？
19. 如何利用电磁感应设计电磁铁？19、如何利用电磁感应设计电磁铁？在我们的日常生活和工业生产中，电磁铁有着广泛的应用，从电动玩具中的小马达，到大型机器设备中的电磁起重机，都离不开电磁铁的身影。
那么，如何利用电磁感应原理来设计一个实用的电磁铁呢？这可不是一件简单的事情，需要我们对电磁学的知识有深入的理解，并且在实践中不断摸索和改进。
首先，让我们来了解一下电磁感应的基本原理。
当导体在磁场中运动，或者磁场发生变化时，导体中就会产生感应电动势。
如果这个导体是一个闭合回路，那么就会产生感应电流。
这就是电磁感应现象。
而电磁铁就是利用这个原理来工作的。
通过在一个铁芯上缠绕一定数量的导线，并给导线通以电流，就会在铁芯中产生磁场，从而使铁芯成为一个具有磁性的电磁铁。
在设计电磁铁时，铁芯的选择是非常重要的。
铁芯的材料通常应该具有高磁导率，这样才能在通以较小电流的情况下产生较强的磁场。
常见的铁芯材料有软铁和硅钢等。
软铁的磁导率较高，但容易磁化和退磁，适用于一些需要频繁改变磁性的场合。
硅钢则具有较好的磁性能和较低的铁损，适用于长期工作的电磁铁。
接下来是导线的选择。
导线的材质、粗细和长度都会影响电磁铁的性能。
一般来说，铜导线是比较常用的选择，因为铜具有良好的导电性。
导线的粗细决定了它能够承受的电流大小，较粗的导线可以通过较大的电流，从而产生更强的磁场，但同时也会增加成本和重量。
导线的长度则与电阻有关，过长的导线会导致电阻增大，从而降低电流和磁场强度。
在确定了铁芯和导线之后，我们还需要考虑缠绕的方式和匝数。
缠绕的方式有很多种，如单层缠绕、多层缠绕等。
匝数越多，产生的磁场强度通常也会越强，但同时也会增加电阻和能耗。
因此，需要根据实际需求来确定合适的匝数。
另外，电源的选择也不能忽视。
电源的电压和电流输出能力要与电磁铁的设计要求相匹配。
如果电源的电压过低或电流输出不足，就无法使电磁铁达到预期的性能。
在实际设计过程中，还需要考虑一些其他因素。
电器课程设计--交流电磁铁的设计
电器课程设计–交流电磁铁的设计引言交流电磁铁是一种常见的电器元件，其用途广泛，包括电磁继电器、电动机等。
在本文档中，我们将介绍交流电磁铁的设计原理和步骤，并提供一些实用的设计指南。
设计原理交流电磁铁的工作原理是利用电流通过线圈产生的磁场来吸引磁性材料。
在正弦交流电流作用下，电流方向会不断变化，从而产生交变磁场，使磁铁产生吸力或推力。
交流电磁铁主要由线圈和铁芯组成。
线圈通电后，会在铁芯中产生磁场，铁芯的吸力或推力取决于线圈中的电流和铁芯的磁导率。
因此，设计交流电磁铁需要确定线圈的参数和铁芯的材料。
设计步骤步骤一：确定工作要求在设计交流电磁铁之前，首先需要明确其工作要求。
例如，要求电磁铁的吸力多大，工作频率是多少等。
根据工作要求，确定电磁铁的设计参数。
步骤二：计算线圈参数线圈是交流电磁铁的核心组成部分，其参数需要根据工作要求来计算。
首先，根据工作电压和电流来确定线圈的电阻和电感。
然后，根据所需磁场的强度和线圈的尺寸，计算线圈的匝数和截面积。
最后，根据线圈的材料特性，计算线圈的长度和直径。
步骤三：选择铁芯材料铁芯是交流电磁铁的另一个关键组成部分，其材料需要具有良好的导磁性能。
常用的铁芯材料包括硅钢片和铁氧体。
根据工作频率和工作要求，选择合适的铁芯材料。
步骤四：设计磁路设计合理的磁路是实现交流电磁铁设计要求的关键。
根据铁芯的形状和线圈的位置，确定磁路的结构和长度。
优化磁路设计可以提高交流电磁铁的性能。
步骤五：进行电磁仿真和验证在设计交流电磁铁完成后，可以通过电磁仿真软件对其进行仿真分析。
通过仿真，可以评估电磁铁的性能，优化设计参数。
同时，需要对设计的电磁铁进行实验验证，确保其符合工作要求。
设计指南在设计交流电磁铁时，以下几点是需要特别注意的：•安全性：交流电磁铁工作时会产生较大的磁场和吸力，需要采取相应的安全措施，以防止意外事故发生。
•热量排放：交流电磁铁在工作过程中会产生热量，需要考虑散热问题，以保证电磁铁的稳定工作。
电磁铁教学设计【优秀5篇】
电磁铁教学设计【优秀5篇】篇一：电磁铁教学设计篇一教学内容本课是教科版小学科学六年级上册第三单元《能量》第二课。
学生已经在上一课通过实验认识了电可以产生磁，经历了用通电线圈做电生磁实验，这为理解电磁铁的原理打下基础；本课将引导学生对电磁铁这一电生磁的最直接应用装置，开展两个方面的研究——制作电磁铁与研究铁钉电磁铁的南北极。
设计说明本设计主要有两大特色：一是从能量单元整体出发，从了解学生前概念作为起点，以建构新的科学概念为导向，引领学生展开探究活动，强化了逻辑思维训练，注重了实证意识培养，充分体现了小学科学课的特点，促进课堂实效的提升。
二是教师的预设充分、灵活多样，不少活动准备了两套教学预案，便于根据学情选择最佳的教学策略；同时在设计、制作、测试、记录、交流、分析等一系列探究环节，突显了追求细节却又引而不发的教学指导，给学生留下独立思考、质疑的空间；巧妙借助一些关键词、问题、记录表、板书等，诱发学生产生新思想，发现新问题，生成新探究，有效突破了教学难点。
教学目标科学概念：1.电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的基本性质；2.改变电池的正负极接法或改变线圈绕线方向，会改变电磁铁的南北极。
过程与方法：1.制作铁钉电磁铁。
2.做研究电磁铁的南北极的实验。
情感、态度、价值观：养成认真细致、合作进行研究的品质。
教学重、难点重点：制作电磁铁与研究铁钉电磁铁的南北极难点：电磁铁南北极与哪些因素有关猜想的建立与研究方法设计课前准备1.分组器材：回形针2~3个、1m长细绝缘导线1根、指南针1只、大铁钉1只、电池(电池盒)1只、开关1只、连接用导线1根、砂纸1、实验记录单32.教师准备：学生实验器材1套、电磁铁贴画1、视频展示仪、多媒体课件(两种线圈的绕法示意图、检测题、活动背景音乐等)过程预设一、师生会话，导入新课1.师生会话：通过上一课的研究，我们发现了电与磁之间有怎样的联系？你可知道，根据这个发现，科学家发明了什么东西吗？——根据回答板书课题：2.电磁铁2.讲述：同学们，愿意和老师一起来围绕电磁铁展开一系列的研究吗？[设计意图：从科学发现到科学发明，让学生体会到科学探究结果与科学知识的价值，发展学生开展科学探究的兴趣。
电磁铁的设计规范
电磁铁设计的必需参数电磁铁设计的必需参数一、行程的概念:动铁芯相对于完全吸入位置的位移，见下面的图示：二、力量:电磁铁通电就会产生力量, 在相同功耗下，不同大小的行程位置力量的大小不同；在行程相同情况下，不同功耗力量也会不同；不同的功耗对应不同通电率（既是占空比）。
通常规律是：⑴行程↑力量↓(⑵功耗↑力量↑。
在电磁铁应用时，应考虑安全性能，即对力量的测试应是电磁铁在一定通电率下，温升稳定后所测得的力量即为电磁铁的力量，一般情况下，初始力量是温升稳定后力量的1.5倍左右。
如产品的通电率很低（一天只有几次通断，而且时间非常短）则可将安全系数降低至1.2倍。
三、通电率:通电率的概念如下公式所示。
即表示通电时间（On time）除以一个周期的时间（On time + Off time），通电率的通俗叫法为占空比。
例如：一个电磁铁的通电时间为1秒，断电时间为3秒，那么它通电率就为 1/（1+3）＝25％通电率是一个非常重要的参数，因为当电磁铁被激励是会导致线圈发热，如果发热过大会烧毁线圈。
负载周期或者最长通电时间, 以及电磁铁的功率和散热决定了电磁铁工作时的温升，同时也决定了通电率。
四、绝缘等级电磁铁工作温升, 和工作时的环境温度决定了电磁铁需要的绝缘温度等级. 有以下等级分类：A=105℃, E=120℃, B=130℃, F=155℃, H=180℃, 200=200℃,220=220℃, 250=250℃五：电源类型及功率不同的输入电流波形决定了电磁铁的工作模式: 应用中可能有的是: 交流AC/直流DC (恒压源, 恒流源, 电瓶, 干电池, DC 发电机, 电容), 整流滤波方式, 电压范围, 最大可供电流等因素利用二极管整流。
电磁铁应用中, 交流电磁铁可以直接用交流电。
直流电磁铁则必须采用整流器转换为直流. 输出力量在一定范围内和电流(功率)成比例. 电磁铁达到磁饱和后力量不再随电流(功率)增大. 同样, 温升和电流(功率)成正比.六、电磁铁的保护措施如某些特殊场合，电磁铁需要采用一些必要的保护措施，如增加过热保护，过流保护以及电磁铁驱动控制电路的保护。
电磁铁设计
直流电磁铁设计日°=4nX10-7享/米相对磁导率匕二J05、这称为磁路的欧姆定律,由于铁磁材料的磁导率口不是常数, 使用磁阻计算磁路并不方便,磁阻计算一般只用于定性.直流电磁铁设计 电磁铁是一种执行元件,它输入的是电能,输出的是机械能.电 能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的.合理的电磁铁 结构是能量变换效率提升的保证.电磁铁设计的任务是合理确实定电 磁铁的各种结构参数.确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的 任务,下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法.电磁铁吸合过 程是一个动态过程,设计是以静态进行计算.一、根本公式和一般概念1、2、均匀磁场8二2〔T 〕 S磁势F 二NI,电流和匝数的乘积3、 磁场强度H 二丝〔A/m 〕,建立了电流和磁场的关系. L该公式适用于粗细均匀的磁路4、磁导率日= B 建立了磁场强度和磁感应强度〔磁通密度〕的关系.磁感应强度的定义式B=F ,磁感应强度与力的关系. qv6、nI.对于长螺线管,端面处的7、真空中无限长螺线管B=UB=1 u 0nI.8、磁效率力中4IllII电磁铁工作循环图当电磁铁接上电源,磁力还缺乏克服反力,按0〜2的直线进行磁化,到达期初始工作点2.当磁力克服反力使气隙减小直至为零时, 工作点由2〜3.断电后工作点由3〜0.面积I为断电后剩留的能量,面积H为作功前电磁铁储存的能量,面积ni为电磁铁作的功.我们的目的是使I和H的面积最小,III的面积最大.面积I表示电磁铁作完功后的剩磁,〔1〕减小面积I可用矫顽力小的电铁.〔2〕提升制造精度,使吸合后气隙最小,但要预防衔铁粘住.面积H表示作功前所储存的能量,在衔铁位置一定时,取决于漏磁通,漏磁通大,面积H就大.9、机械效率A：输出的有效功人0：电磁铁可能完成的最大功.10、重量经济性系数Kf G2A 06=电磁铁重量.人0：电磁铁可能完成的最大功.K2不仅取决于磁效率—和机械效率,而且还取决于磁性材料的正确利用,电磁铁的类型和主要外形尺寸之间保持合理的比例关系.11、结构系数K6每一类型的电磁铁,都有一定的吸力和行程.按最优设计方法设计的电磁铁重量最轻.一般来说,长行程的电磁铁比短行积的电磁铁长,吸力大的电磁铁比吸力小的电磁铁外径大.为了按最小材料消耗率比拟电磁铁,引入结构系数K j这个判据.Kj —Q-初始吸力〔kg〕5-气隙长度〔cm〕Q正比于电磁铁的横截面；5正比于电磁铁的轴向长度.结构系数可以从设计的原始数据求得.发热消耗,另一局部用来建立磁场,当电流到达稳定值后,磁场的能量不再增加,电磁铁从电源吸收的能量全部消耗于线圈子的发热上, 磁场的能量用来产生吸力和作功.13、工作制〔1〕热平衡公式热平衡公式：Pdt=CGd T + usTdt式中：Pdt供应以热体的功率和时间CGdT-提升电磁铁本身温度的热量.C-发热体比热G-发热体质量dT-在dt时间内电磁铁较以前升高的温度.usTdt-发散到周围介质中的热量.u-散热系数.S-散热面积.T-电磁铁超过周围介质的温度.当输入功率二发散的功率时Pdt=0+ usTdt=usTdt,即本身温度为再升高,电磁铁本身温度不再升高.这时就可计算产品的温升值T w.当T w 小于容许温升,产品运行是可靠的.当T w大于容许温升, 产品是不可靠的.(2)发热时间常数时所需时间.4 发热时间常T「发热体从T =0发热到温升0.632 TyT到达稳定温升.冷却时间常数和发热时间常数根本相同.〔3〕工作制分为：长期工作制、短期工作制和重复短期工作制.长期工作制：电器工作时间很长,一般不小于发热时间常数,工作期间,产品的温度到达或接近温升Ty〔产品温度不再升高〕.工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度.长期工作制散热是主要的.长期工作制电流密度可按2〜4A/mm2.短期工作制：电器工作时间很短,一般小于发热时间常数,工作期间,产品的温度达不到温升\.工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度.短期工作制CGdT 〔产品本身热容〕是主要的方面.短期工作制电流密度按13〜30A/mm2.重复短期工作制：产品工作和停止交替进行,工作时产品温度达不到温升\,停止时产品降不到周围介质温度. 重复短量工作制电流密度按5〜12A/mm214、漆包线等的耐温等级Y：90℃A；105℃E：120℃B：130℃F：155℃H：180℃辅助材料的耐热等级B级聚酯薄膜C级聚四氟乙烯薄膜QQQ QA QH QZ 云母石棉QZYC：〉180℃QY QXY二、交、直流电磁铁比拟1、直流的NI是不变的,是恒磁动势,吸力F与间隙5的平方成反比.2、交流磁链力〔磁通力与线圈的一些匝数相交链gN“〕近似常数, 是恒磁链磁路,吸力F与间隙5关系不大.只是漏磁随间隙5的增加而增加,故间隙5增大F减小.3、直流螺管式电磁铁中可获得边平坦的吸力特性.4、导磁材料：直流整块软钢或工程纯铁,交流用硅钢片冲制叠铆而成.5、铁心形状：直流为圆柱形,交流为矩形或圆形.6、铁心分磁环：直流无,交流有.7、线圈外形：直流细而高,交流短而粗.8、振动情况：直流工作平稳无振动,交流有振动和噪音.9、交流电磁铁比拟重,而且它的吸力特性不如直流电磁铁.三、一个简单电磁铁产品的结构图四、电磁铁的结构形式还有极化继电器电磁铁的最优设计,在于合理选择电磁铁的型式.不同型式的电磁铁有不同的吸力特性,盘式吸力大,适用于起重电磁铁、电磁吸盘和电磁离合器；拍合式特性比拟陡,广泛用于接触器和继电器；螺管式,吸力特性比拟平坦,用于长行程牵引和和制动电磁铁；机床电器如接触器、中间继电器电器根本上都是E型.不同型式的电磁铁适用于不同的场合,它们有不同的吸力特性.电磁铁的线圈叫激磁线圈,按联接方式分为串联和并联.串联线圈称为电流线圈,匝数少电流大(也叫电流继电器).并联线圈称为电压线圈,匝数多,电阻大、电流小,匝间电压高(也叫电压继电器). 五、直流电磁铁的要求1、航空电磁铁应在以下条件下正常工作(1)周围的的温度从-60℃〜+50℃,而耐热的结构应到达+125℃.(2)大气压的变化由790〜150mmHg.(3)相对湿度达98%.(4)飞机起飞、滑跑和着陆时的冲击.(5) 2500Hz以上的振动.(6)线加速达8g以上.还有电网压降,工作持续时间,绕组温升,最低作动电压、作动时间、释放电压和使用期限等.此外还要求重量轻、尺寸小,并有良好的工艺性,用材少以及最少资金等要求.2、要保证电磁铁可靠动作,在整个工作行程内,吸力均大于反力.一般电磁铁均选择衔铁释放位置为设计点,在该点应保证吸力可以克服反力而使衔铁动作.有时需根据电磁铁的动作时间来确定电磁铁的类型,对于快速执行要求可到达3〜4ms,如极化继电器.对于慢速要求的可达300〜500ms.为了获得慢速要求,可采用带短路环的拍合式和吸入式.3、直流电磁铁的吸力(1)F= 4 S(N)2H 0式中：S—磁极总面积(m2)B§一气隙磁感应强度(T)(2) F= 1 (IN) 2( X10-6 (N) 20式中：S和5的单位为 cm 和 cm2(3)吸力和气隙的关系六、直流电磁铁的计算〔一〕、电磁铁的原始数据1、初始吸力Q H〔公斤〕2、衔铁的行程5 H〔厘米〕3、容许温升〔℃〕4、工作制：长期工作制T=1；短时工作制T V1；重复短时工作制TV1.重复短时工作制还应给出接通时间或循环时间.5、电磁铁的工作电压.〔二〕、计算1、按公式K尸且计算结构系数H2、根据计算出的结构系数值,按表1确定导磁体类型3、按下面各表,确定长期工作制电磁铁的气隙磁通密度B§和比值= L〔线圈的长高比〕R 2 R1 h表2图1广吸入式小关•今生电明夫的显优褴通密度与,,尺寸的ill欣lill.S吸人式锥形台座(«=45s)由做法的极优磁――热阂尺寸的加脸-胞金疗♦息*摺1+9 吸入式务峪形件座｛ <* =60**) L也磁二"优敲逆云度,叮线限尺寸M；退口力FE!限表2、表3、表4、表5是电磁铁长期工作的B s ,如果是 短时工作制或反复短时工作制,应加大10〜15%.对于比值 L = L 〔线圈子的长高比,也叫窗口尺寸〕,如 R 2— R1 h果吸力增大或行程减小,可减小此值.减小此值后,每匝线圈的 平均长度增加,铜的用量增加,而导磁体的长度缩短了,钢的用 量减小.最优设计的电磁铁,此值为1〜7.表5〔三〕、初算式中Bj 气隙中的磁通密度〔高〕根据电磁吸力公式Q H =n B 2 R 2〔公斤〕(1)七公B6高斯 12000 — 11000 一 W000 - ■脉0—— 8000 —— 初0.一 6初0」 S000\— m —— 300G —23 3.钝卬曲网345 & 设盘式和拍合式电磁铁最优磁通密度曲线由〔1〕式得R=：QH〔cm〕〔2〕1 \：/冗' O1、盘式和吸入式平头电磁铁的衔铁半径可直接用〔2〕式计算.2、吸入式锥台座电磁铁吸力Q二工C0S2 a行程 b = 8 H C0S2 a式中a-锥度角吸入式锥台座电磁铁的衔铁半径将Q H换成Q再按〔2〕式计算.3、拍合式电磁铁可直接用公式〔2〕算出极靴的半径R1.对于铁心的半径R CR C=R1 近\ BCT式中：B CT=4000〜12000根据电磁铁要求的灵敏度,灵敏度高的选小值..=1.3〜3k：1.2〜1.55试验说明,导磁体内磁动势占电磁铁总磁动势的10〜25%, 非工作气隙中的磁动势占总磁动势的5〜10%,那么材料选择最经济.\=FJF CT+F@式中：F「气隙中的磁动势导磁体中的磁动势FCT-Fj非工作气隙中的磁动势5、确定线圈的长度和高度〔1〕长度L = ： P尸一K32 Kf K 9 y式中：P°-漆包线的电阻率F-总磁势T -工作制系数-温升K-散热系数 ey-填充系数fK表7f K填充系数表K-散热系数(2)R2= L +R1L K R 2 —R1h=R2-R1K(3)R3=、R12 + R 226、拍合式电磁铁外形尺寸计算〔曲线图上无h 〕 (1)线圈的内径D e,=d+2△c (m)式中△厂线圈和铁心之间间隙.一般取0.0005〜0.001 〔m 〕 ⑵线圈的外径D c2=〔1.6〜2〕口口5〕 ⑶线圈的厚度b二一1〔m 〕(4)线圈的长L=Bb (m)B :螺管式取8=7〜87、确定漆包线直径 d=0.2 %(2R 1+ h K )F U UU-工作电压. 〔四〕、复算1、修正导磁体的尺寸和漆包线的径计算中央出的导磁体尺寸,需要对其圆整.计算出的漆包线尺寸,会和标准规定的不一样,需要按标准给出的漆包线直径.2、确定绕组的层数、每层的匝数以及总匝数按线圈子的窗口尺寸、漆包线怕外径(包括漆层I层间绝缘层厚度等进行曲计算.3、计算实际的填充系数ff- qW(R 2 - R1) L式中：q-漆包线的截面积W-线较总匝数4、计算线圈的电阻RR= P Lo e q式中：线圈漆包线长度Lo =2n RcpWR = R1 + R 2 + A叩一25、线圈电流I=UR6、线圈磁势F E=IW7真正温升ee = PJ F2io -42 Kf K (R 2 - R i) L温升T w应小于线圈所用材料的绝缘等级.如果超过允许温升,说明电流太大,应增加匝数IN .而增加IN ,就要修改线圈的长度和厚度 等参数.8、确定吸力(1)麦克斯韦公式(适用于等效电磁铁)Q=1.265 X B § 2 X R12 X 10-7(kg)(2)铁心头部为锥形Q=2.03 X 10-7F 2( R 12_ +sin 2 a ) (kg )8 2 cos 2 a 2 七、其他问题1、漆包线电阻的计算漆包线+20℃时的电阻率.=0.0175 Q .mm 2/m.漆包线+20℃时的电阻R =0.0175L20SL:漆包线长度m S:漆包线截面积mm 2其他温度时的电阻R =KR =0.0175K LT T 20T ^K T =1+0.004(t-20)2、漆包线长度的计算(1)、用近似公式计算线圈的平均匝长.如螺管式可用线圈高度中间 的匝长作为平均匝长Lp.(2)、漆包线长度L二LpWW：匝数3、温升计算公式温升计算公式：T=[ (R2-R1)^R1]X(235 + t)式中：R1—环境温度时直流电阻(.)；R2一通电一定时间后的直流电阻(.)；t一产品环境温度(℃)；T—产品温升值(℃).4、电磁铁的动作时间「十%式中：工-铁心始动时间,即从线圈通电到铁心开始动作的时间.%-铁心运动时间,即铁心开始运动到最后吸合的时间(1)减小始动时间的方法减小线圈的时间常数和减小电流(2)减小铁心运动时间的方法增大电压；增加IN；(3)动作时间与输入功率的关系t p—s-dt d = P s在衔铁行程、衔铁质量等参数不变的条件下,增加输入功率,可减小衔铁的动作时间.Q H =24公斤8 H =0.5厘米0 Y =70℃T =0.1U H =24V0 Y =20℃二、初算1、有效功 A= Q H 8 H =24 X 0.5=12kgcm2、结构系数值 K @ = Y .H = =9.8kg o.5/cmH按所求的值,查表1,确定电磁铁的类型为45度锥台座吸入式. 按所求的值,查表3得：B =10600高,/ =5 6R 2 - R13、把吸力和衔铁行程折合为等效值B1电磁铁吸合动态曲线 t一、原始数据CA DQ= Q h ==48kgcos2 a COS 2456 = 6 H cos2 a =0.5 X cos245°=0.25cm4、确定铁心半径R1= ：Q H = ■1 =1.82(cm)丫B 2冗10600 13.1455、确定总动势F = B J L k =x0.25 X 1.28=2700(安匝) E 0.4兀ct0.4 x 3.14取磁导体中的磁势降为气隙磁势的18%,非工作气隙中的磁势降为气隙中磁势的10%,那么式中K =,=1.28CT0.780.78=1-(10%+18%)6、确定线圈的长度和高度L = |5P g F2T10-4 = I5x 2.4x 10-6 x0.1 x 27002 =5 04(cm)K3 2Kf K9y\ 2 x 1.16 x 10-3 x 0.43 x 70'P e=2.4X 10-2Q cm2/m 漆包线90℃时电阻率K=1.16 X 10-3W/cm2℃散热系数F=0.43填充系数kR2=二 +R1= +1.82=2.83 (cm) 55H=R2-R1=2.83-1.82=1.01(cm)7、确定外部半径R3= \:R 2 + R 22 = 11.822 + 2.832 =3.35(cm)8、确定漆包线的直径=24 义 10-2 义 4.65 义7°.=0.696(mm) d =(2 R 1 + h ) F U U 24。
《4.5 电磁铁》作业设计方案-小学科学教科版17六年级上册
《电磁铁》作业设计方案（第一课时）一、作业目标1. 了解电磁铁的基本构造和原理，掌握电磁铁的组成要素。
2. 学会制作电磁铁并测试其磁力特性，包括磁极和磁力强度。
3. 通过实践操作，培养观察、分析和解决问题的能力。
4. 增强合作与交流，提高团队协作能力。
二、作业内容1. 观察与描述：a. 搜集不同种类的电磁铁，观察其构造和外观，记录电磁铁的组成部分。
b. 描述电磁铁的工作原理，尝试用简单语言解释其工作过程。
2. 制作电磁铁：a. 按照指导手册或教师提供的材料，制作一个基本的电磁铁。
b. 测试电磁铁的磁极和磁力强度，记录数据并分析结果。
3. 实践操作：a. 设计一项实践操作任务，如利用电磁铁移动一个轻质小车上的障碍物，记录操作过程和结果。
b. 在团队协作中，与同伴分享制作电磁铁的经验和技巧，共同解决问题。
三、作业要求1. 独立完成作业：学生需独立完成观察、描述、制作和测试等任务，培养独立思考和解决问题的能力。
2. 团队合作：鼓励学生在团队协作中分享经验、交流技巧，共同解决问题。
3. 实践操作：要求学生根据作业任务进行实践操作，观察和分析电磁铁的工作特性。
4. 报告规范：学生需按照教师规定的格式和要求，撰写作业报告，确保报告的真实性和准确性。
5. 时间安排：请学生在规定时间内提交作业，以便教师及时批改和反馈。
四、作业评价1. 作业报告评价：教师将根据学生提交的作业报告，评估学生对电磁铁构造、原理及工作特性的理解和掌握程度。
2. 实践操作评价：教师将对学生的实践操作进行评价，关注学生在团队协作、操作技能及问题解决能力等方面的表现。
3. 个人成长评价：教师将根据学生在作业过程中的表现，评估学生在观察、分析、解决问题及团队协作等方面的个人成长。
4. 反馈与指导：教师将为学生提供作业反馈和建议，帮助学生改进和提高。
对于普遍存在的问题，教师将在课堂上进行集中讲解和指导。
五、作业反馈1. 学生提交作业后，教师将在第一时间给予反馈，包括对作业报告的评价、实践操作的建议和个人成长的反馈。
大功率电磁铁设计手册
大功率电磁铁设计手册
大功率电磁铁设计手册是用于指导大功率电磁铁设计的手册。
以下是一些可能包括在设计手册中的内容：
1. 电磁铁的工作原理和基本原理：包括电磁铁的结构、磁场产生机制和控制原理等基本知识。
2. 材料选择和设计指南：包括电磁铁所需材料的选择，如铁芯材料、线圈材料等，以及设计指南，如电磁铁尺寸和形状的选择等。
3. 线圈设计：包括线圈的布局、导线选择、线圈抗压能力的计算等。
4. 磁场计算和模拟：介绍磁场计算的方法和工具，如有限元分析法、磁场计算软件等，以及磁场在电磁铁中的分布和影响因素等。
5. 电源和控制系统：介绍电源和控制电路的设计要求和原理，如电流供应、稳定性要求、保护措施等。
6. 散热和保护设计：介绍电磁铁散热和保护方面的设计要点，如散热方式、温度控制、保护装置等。
7. 测试和验证：介绍电磁铁在设计完成后的测试和验证方法，如磁场测试、电流测试、性能参数的验证等。
8. 应用和案例分析：介绍电磁铁在各种应用领域中的实际应用案例，如磁悬浮列车、磁共振成像等。
这仅仅是一些可能包括在大功率电磁铁设计手册中的内容，具体内容可能根据实际需求和设计目标的不同而有所差异。
电磁铁设计基本要求
．其它特殊要求图示：C 型开框电磁铁U 型框架电磁铁O 型圆管电磁铁E 型硅钢片电磁铁．流量要求．流量指每分钟能通过多少液体。
．耐气压指在堵住的情况下能承受多大的气压不泄露。
18．吸力要求19．防水要求V．吸盘电磁铁如果要求防水须在出线口与吸合面封胶处理（见图一与图二，图三不防水）。
．剩磁指断电后的残余吸引力。
适用于DYC型．电感要求Q值要求25．流量要求X．流量指每分钟能通过多少液体（见图三）。
26．扬程要求Y．扬程指电磁泵出水嘴到水柱的高度。
适用于XZ型27．旋转角度要求28．扭矩力量要求29．不通电保持力要求注：图一与图二单保持电磁铁与图三双保持电磁铁区别在于磁块在电磁铁中的位置，单保持电磁铁磁块放置在上盖位置，只有铁芯一边有保持力，而双保持电磁铁磁块在中间位置电磁铁上下方向都有保持力。
适用于BD与PD型30．角度要求31．力量要求出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。
将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。
亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。
先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。
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直流电磁铁设计共26 页编写：校对：直流电磁铁设计电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。
电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。
合理的电磁铁结构是能量变换效率提高的保证。
电磁铁设计的任务是合理的确定电磁铁的各种结构参数。
确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的任务，下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法。
电磁铁吸合过程是一个动态过程,设计是以静态进行计算.一、基本公式和一般概念1、均匀磁场B=SΦ（T ） 2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A ）3、磁场强度H=LNI （A/m ），建立了电流和磁场的关系。
该公式适用于粗细均匀的磁路4、磁导率μ=HB 建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。
μ0=4π×10-7享/米 相对磁导率μr =μμ 5、 磁通Φ=M R NI 磁阻R M =sl μ 这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率μ不是常数，使用磁阻计算磁路并不方便，磁阻计算一般只用于定性。
6、磁感应强度的定义式B=qvF ，磁感应强度与力的关系。
7、真空中无限长螺线管B=μ0nI 。
对于长螺线管，端面处的 B=21μ0nI 。
面积Ⅰ为断电后剩留的能量，面积Ⅱ为作功前电磁铁储存的能量，面积Ⅲ为电磁铁作的功。
我们的目的是使Ⅰ和Ⅱ的面积最小，Ⅲ的面积最大。
面积Ⅰ表示电磁铁作完功后的剩磁，（1）减小面积Ⅰ可用矫顽力小的电铁。
（2）提高制造精度，使吸合后气隙最小，但要防止衔铁粘住。
面积Ⅱ表示作功前所储存的能量，在衔铁位置一定时，取决于漏磁通，漏磁通大，面积Ⅱ就大。
9、机械效率AK1=AA：输出的有效功A0：电磁铁可能完成的最大功。
10、重量经济性系数GK2=AG=电磁铁重量。
A0：电磁铁可能完成的最大功。
K2不仅取决于磁效率和机械效率，而且还取决于磁性材料的正确利用，电磁铁的类型和主要外形尺寸之间保持合理的比例关系。
11、结构系数Kφ每一类型的电磁铁，都有一定的吸力和行程。
按最优设计方法设计的电磁铁重量最轻。
一般来说，长行程的电磁铁比短行积的电磁铁长，吸力大的电磁铁比吸力小的电磁铁外径大。
为了按最小材料消耗率比较电磁铁，引入结构系数K J这个判据。
QKφ=Q-初始吸力（kg）δ-气隙长度（cm）Q正比于电磁铁的横截面；δ正比于电磁铁的轴向长度。
结构系数可以从设计的原始数据求得。
量不再增加，电磁铁从电源吸收的能量全部消耗于线圈子的发热上，磁场的能量用来产生吸力和作功。
13、工作制（1）热平衡公式当输入功率=发散的功率时Pdt=0+μsτdt=μsτdt，即本身温度为再升高，电磁铁本身温度不再升高。
这时就可计算产品的温升值τw。
当τw小于容许温升，产品运行是可靠的。
当τw大于容许温升，产品是不可靠的。
（2）发热时间常数发热时间常τy=发热体从τ=0 发热到温升0.632τy时所需时间。
4τ达到稳定温升。
冷却时间常数和发热时间常数基本相同。
（3）工作制分为：长期工作制、短期工作制和重复短期工作制。
长期工作制:电器工作时间很长,一般不小于发热时间常数,工作期间，产品的温度达到或接近温升τy（产品温度不再升高）。
工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度。
长期工作制散热是主要的。
长期工作制电流密度可按2～4A/mm2。
短期工作制：电器工作时间很短,一般小于发热时间常数,工作期间，产品的温度达不到温升τy。
工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度。
短期工作制CGdτ（产品本身热容）是主要的方面。
短期工作制电流密度按13～30A/mm2。
重复短期工作制：产品工作和停止交替进行，工作时产品温度达不到温升τy，停止时产品降不到周围介质温度。
重复短量工作制电流密度按5～12A/mm214、漆包线等的耐温等级Y：90℃ A；105℃ QE：120℃ QQ QA QHB：130℃ QZ 云母石棉F：155℃ QZYH：180℃C：＞180℃ QY QXY辅助材料的耐热等级B级聚酯薄膜C级聚四氟乙烯薄膜二、交、直流电磁铁比较1、直流的NI是不变的，是恒磁动势，吸力F与间隙δ的平方成反比。
2、交流磁链ψ（磁通φ与线圈的一些匝数相交链ψ=Nφ）近似常数，是恒磁链磁路，吸力F与间隙δ关系不大。
只是漏磁随间隙δ的增加而增加，故间隙δ增大F减小。
3、直流螺管式电磁铁中可获得边平坦的吸力特性。
4、导磁材料：直流整块软钢或工程纯铁，交流用硅钢片冲制叠铆而成。
5、铁心形状：直流为圆柱形，交流为矩形或圆形。
6、铁心分磁环：直流无，交流有。
7、线圈外形：直流细而高，交流短而粗。
8、振动情况：直流工作平稳无振动，交流有振动和噪音。
9、交流电磁铁比较重，而且它的吸力特性不如直流电磁铁。
电磁铁的最优设计，在于合理选择电磁铁的型式。
不同型式的电磁铁有不同的吸力特性，盘式吸力大，适用于起重电磁铁、电磁吸盘和电磁离合器；拍合式特性比较陡，广泛用于接触器和继电器；螺管式，吸力特性比较平坦，用于长行程牵引和和制动电磁铁；机床电器如接触器、中间继电器电器基本上都是E型。
不同型式的电磁铁适用于不同的场合，它们有不同的吸力特性。
电磁铁的线圈叫激磁线圈，按联接方式分为串联和并联。
串联线圈称为电流线圈，匝数少电流大(也叫电流继电器)。
并联线圈称为电压线圈，匝数多，电阻大、电流小，匝间电压高(也叫电压继电器)。
五、直流电磁铁的要求1、航空电磁铁应在下列条件下正常工作（1）周围的的温度从-60℃～+50℃，而耐热的结构应达到+125℃。
（2）大气压的变化由790～150mmHg。
（3）相对湿度达98%。
（4）飞机起飞、滑跑和着陆时的冲击。
（5）2500Hz以上的振动。
（6）线加速达8g以上。
还有电网压降，工作持续时间，绕组温升，最低作动电压、作动时间、释放电压和使用期限等。
此外还要求重量轻、尺寸小，并有良好的工艺性，用材少以及最少资金等要求。
2、要保证电磁铁可靠动作，在整个工作行程内，吸力均大于反力。
一般电磁铁均选择衔铁释放位置为设计点,在该点应保证吸力可以克服反力而使衔铁动作。
有时需根据电磁铁的动作时间来确定电磁铁的类型，对于快速执行要求可达到3～4ms ，如极化继电器。
对于慢速要求的可达300～500ms 。
为了获得慢速要求，可采用带短路环的拍合式和吸入式。
3、直流电磁铁的吸力（1）Ｆ＝2μδB Ｓ（N ） 式中：Ｓ－磁极总面积（ｍ２） Ｂδ－气隙磁感应强度（T ）（2）F=21（IN ）220δμS×10-6（N ）式中：S 和δ的单位为cm 和 cm 2 （3）吸力和气隙的关系2、衔铁的行程δH （厘米）3、容许温升（℃）4、工作制：长期工作制τ=1；短时工作制τ＜1；重复短时工作制τ＜1。
重复短时工作制还应给出接通时间或循环时间。
5、电磁铁的工作电压。
（二）、计算 1、按公式K φ=HHQ 计算结构系数2、根据计算出的结构系数值,按表1确定导磁体类型电磁铁类型K φ盘式，衔铁在外部 大于93 吸入式，台座为平头 90～16 拍合式26～2.6 吸入式，台座为45度锥形 16～4 吸入式，台座为60度锥形 4～1.8 吸入式，无台座小于0.23、按下面各表，确定长期工作制电磁铁的气隙磁通密度B δ和比值12R R L=hL （线圈的长高比） 表2表4表2、表3、表4、表5是电磁铁长期工作的B δ，如果是短时工作制或反复短时工作制，应加大10～15%。
对于比值12R R L-=hL （线圈子的长高比，也叫窗口尺寸），如果吸力增大或行程减小，可减小此值。
减小此值后，每匝线圈的平均长度增加，铜的用量增加，而导磁体的长度缩短了，钢的用量减小。
最优设计的电磁铁，此值为1～7。
表5盘式和拍合式电磁铁最优磁通密度曲线（三）、初算根据电磁吸力公式Q H =π22125000RB δ（公斤） （1）式中B δ-气隙中的磁通密度（高）由（1）式得R 1=πδ225000B Q H（cm ） （2）1、盘式和吸入式平头电磁铁的衔铁半径可直接用（2）式计算。
2、吸入式锥台座电磁铁 吸力Q=α2cos hQ行程δ=δH cos 2α 式中α-锥度角吸入式锥台座电磁铁的衔铁半径将Q H 换成Q 再按（2）式计算。
3、拍合式电磁铁可直接用公式（2）算出极靴的半径R1。
对于铁心的半径R CR C =R1CTB B σδ式中：B CT =4000～12000根据电磁铁要求的灵敏度,灵敏度高的选小值。
σ=1.3～3F CT -导磁体中的磁动势 F φ-非工作气隙中的磁动势 5、确定线圈的长度和高度 （1）长度L K =3422105YK Kf F θτρθ-式中：ρθ-漆包线的电阻率F-总磁势 τ-工作制系数 K-散热系数 θy -温升 f K -填充系数表7 f K 填充系数表8 K-散热系数(2)R2=12R R L L KK-+R1 h K =R2-R1 (3)R3=2221R R +7、确定漆包线直径d=0.2UF hRK )12(+θρU-工作电压。
（四）、复算1、修正导磁体的尺寸和漆包线的径计算中心出的导磁体尺寸，需要对其圆整。
计算出的漆包线尺寸，会和标准规定的不一样，需要按标准给出的漆包线直径。
2、确定绕组的层数、每层的匝数以及总匝数按线圈子的窗口尺寸、漆包线怕外径（包括漆层）、层间绝缘层厚度等进行曲计算。
3、计算实际的填充系数ff=LR R qW )12(- 式中：q-漆包线的截面积W-线较总匝数4、计算线圈的电阻RR=ρθqL 0 式中：线圈漆包线长度L 0=2πR cp WR cp =221∆++R R 5、线圈电流I=R U 6、线圈磁势F ∑=IW7真正温升θθ=L R R Kf F K )12(21042--τρθ温升τw 应小于线圈所用材料的绝缘等级。
如果超过允许温升,说明电流太大,应增加匝数IN 。
而增加IN ，就要修改线圈的长度和厚度等参数。
8、确定吸力（1） 麦克斯韦公式（适用于等效电磁铁）Q=1.265×B δ2×R12×10-7(kg)(2)铁心头部为锥形Q=2.03×10-7F 2(αδ222cos 1R +21sin 2α)（kg ） 七、其他问题1、漆包线电阻的计算漆包线+20℃时的电阻率ρ=0.0175Ω.mm 2/m 。
漆包线+20℃时的电阻R 20=0.0175SLL: 漆包线长度 m S: 漆包线截面积 mm 2其他温度时的电阻R T =K T R 20=0.0175K T S L K T =1+0.004(t-20)2、漆包线长度的计算（1）、用近似公式计算线圈的平均匝长。
如螺管式可用线圈高度中间的匝长作为平均匝长Lp 。
（2）、漆包线长度L=LpWW ：匝数3、温升计算公式温升计算公式：T ＝[（R 2-R 1）÷R 1]×（235＋t ）式中：R 1—环境温度时直流电阻（Ω）；R 2—通电一定时间后的直流电阻（Ω）；t —产品环境温度（℃）；T —产品温升值（℃）。