电磁铁设计计算书
电磁铁的设计计算

电磁铁的设计计算1原始数据YDF-42 电磁铁为直流电磁铁工作制式为长期根据产品技术条件已知电磁铁的工作参数额定工作电压UH=24V额定工作电压时的工作电流IH ≤1A 2 测试数据测试参数工作行程δ=1mm 吸力F=7.5kg 电阻R=3.5Ω4 设计程序根据已测绘出的基本尺寸通过理论计算确定线圈的主要参数并验算校核所设计出的电磁铁性能4.1 确定衔铁直径dc电磁铁衔铁的工作行程比较小因此电磁吸力计算时只需考虑表面力的作用已知工作行程δ=1mm 时的吸合力F=7.5kg 则电磁铁的结构因数K =F/δ7.5/0.1=27 (1)电磁铁的结构形式应为平面柱挡板中心管式根据结构因数查参考资料,可得磁感应强度BP=10000 高斯当线圈长度比衔铁行程大的多时,可以不考虑螺管力的作用,认为全部吸力都由表面力产生由吸力公式F= (Bp/5000)2×Π/4×dc2 (2) 式中Bp磁感应强度(高斯) dc 活动铁心直径(毫米)可以求得衔铁直径为dc=5800×FBp=5800×7.510000=1.59cm=15.9mm取dc=16 mm4.2 确定外壳内径D2在螺管式电磁铁产品中它的内径D2与铁心直径dc之比值n 约为2~ 3 ,选取n=2.7 D2=n ×dc=2.76×16=28.16 毫米(3) 式中D2 外壳内径毫米 4.3 确定线圈厚度bk=D2−dc2−Δ(4)式中bk -----线圈厚度毫米Δ------线圈骨架及绝缘厚度毫米今取Δ=1.7 毫米bk=28.16−162−1.7 =4.38毫米今取bk=5 毫米 4.4 确定线圈长度线圈的高度lk与厚度bk比值为β,则线圈高度lk=β×bk (5) lk------线圈长度毫米β值根据参考资料选取经验数据为β=3.4 则线圈高度lk=β×bk=3.4×5=17毫米 4.5 确定导线直径导线直径d=4×ρ×Dcp×IWU(6)式中平均直径Dcp=dc+bk=0.016+0.005=0.021( 米) IW-----线圈磁势(安匝)IW= (IW)z + (IW) cm+ (IW)k式中(IW)z ------消耗在气隙中的磁势(IW)z=Bp×δμ0×10−8(IW) cm和(IW)k 消耗在铁心中和非工作气隙中磁势的安匝数约为总磁势的15~30% ,即(IW) cm+ (IW)k=α×(IW)式中α=0.15 ~0.3由此可得线圈的磁势为(IW)=Bp×δμ0×(1−α)×10−8 (安匝) (7)式中Bp单位为高斯,δ单位为厘米空气导磁系数μ0=1.25 ×10−8亨/厘米电磁铁在实际应用时电压可能降低至85%UH 为了保证在电压降低后电磁铁仍然能够可靠地工作上式计算所得安匝数应该是指电压降低至0.85UH时的磁势用(IW)1表示(IW)1=10000×0.11.25×10−8×(1−0.3)×10−8=1143安匝显然,电源电压为额定值时的磁势为IW=(IW)10.85=1344 安匝电磁铁容许最高工作温度240℃,由参考资料选取电阻系数ρ=0.03208 欧. 毫米2米d= 4ρ∗Dcp∗IWU= 4×0.03208×0.021×134424=0.388 毫米查线规表其最邻近的直径为d=0.41 毫米带绝缘后的直径d =0.45 毫米4.6 确定线圈匝数WW=1.28(IW)jd2(8)式中j ---容许电流密度(安毫米2) ,j=Iq=4UπRd2=4×24π×3.5×0.412=51安毫米2(9)W=1.28(IW)jd2=1.28×134451×0.412=200 匝 4.7 确定电阻线圈平均匝长lcp=π(DH+D1)2(10)DH=D1+2bk (11) D 1=dc+2Δ(12)式中DH ---线圈外直径D1 ---线圈内直径D1=dc+2Δ=16+2×1.7=19.4毫米DH=D1+2bk=19.4+2×4.38=27.4 毫米lcp=π(DH+D1)2=π(27.4+13.4)2=64 毫米=0.064 米线圈电阻下载文档到电脑,查找使用更方便1下载券1385人已下载下载还剩2页未读,继续阅读R=ρ40∗lcp∗wπ4∗d2=0.01991×0.064×1093π4×0.252=28 欧(13)现在已初步确定了电磁铁的结构尺寸绘制电磁铁结构草图如图 25 特性验算虽然根据设计要求已完成了初步设计但是由于在初步设计中作了不少简化有些参数的选择和估计是极其近似的因此为了电磁铁的工作可靠起见还需要根据初步设计的结构尺寸和数据做进一步详细的验算 5.1 吸力计算F=(Φ5000)2∗1S(1+αδ)(14)忽略铁磁阻和漏磁通这样气隙中的磁通ΦZ=IW∗GZ∗10−8 (15) 式中磁导GZ =μ0∗πdC24δ(16)式中空气导磁系数μ0=1.25 ×10−8亨/厘米GZ =μ0∗πdC24δ=1.25 ×10−8×π×1.024×0.065=15×10−8亨ΦZ=IW∗GZ∗10−8=961×15×10−8×108=14415 麦式中α-----修正系数取α=4S -------铁心截面积S=πdC24=π×1.024=0.785 厘米2(17) F=(Φ5000)2∗1S(1+αδ)=(144155000)2∗10.785×(1+4×0.065)=8.4 公斤可见吸力是满足设计要求的 5.2 线圈温升计算线圈容许温升θ=110℃,查参考资料可得散热系数为μm=12.89×10−4瓦厘米2金属骨架线圈其传导能力较强ηm≈1.7 线圈的散热表面S= πDH+ ηmD1 lk=(2.74+1.7×1.34 )×2.38=37.5 厘米 2线圈温升θ=PμmS=412.89×10−4×37.5=82.7℃(18)温升小于110℃可见是合格的。
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电磁铁设计计算书河北科技大学电气工程学院 张刚电磁铁设计中有许多计算方法,但有许多计算原理表达的不够清晰,本人参照“电磁铁设计手册”一书,对相关内容进行了整理补充,完成了一个直流110V 拍合式电磁铁的计算。
设计一个拍合式电磁铁,它的额定工作行程为4mm ,该行程时的电磁吸力为0.8公斤,用在电压110V 直流电路上,线圈容许温升为65℃。
1) 初步设计 第一步:计算极靴直径电磁铁的结构因数为:2.2K φ==≈查空气气隙磁感应强度与结构因数的经济表格,如下图所示:从图中可查得,气隙磁感应强度最好取为p B =2000Gs 。
极靴的表面积为:222500050000.852000n p S F cm B ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭极靴直径为:2.52n d cm === 取n d =2.5cm ,则24.9n S cm =。
磁感应强度p B 增加为2040Gs 。
第二步,计算铁芯直径材料采用低碳钢,其磁感应强度取cm B =11000Gs ,漏磁系数σ取2,则:222040 4.91.1811000p ncm cmB S S cm B σ⨯⨯===铁芯直径为:1.52c d cm ===取 1.5c d cm =,则21.77cm S cm =第三步,计算线圈磁动势线圈的磁动势NI 为工作气隙磁动势、铁芯磁动势和非工作气隙磁动势的和,记为:()()()cm n NI NI NI NI δ=++计算中,可取:()()()cm n NI NI a NI +=这里a=0.15~0.3,也就是铁芯磁动势和非工作气隙磁动势的和约占总磁动势的15%~30%。
因此,线圈的磁动势应为:()()()427102040100.4109321141010.3ppB B NI a a δμδμπ---⋅⨯⨯⨯==⋅=≈--⨯-安匝 系统一般要求电压降到85%U n 时仍能正常工作,在额定电压U n 下的磁动势为:()110950.85NI NI ==安匝计算温升时,一般取额定电压U n 的1.05~1.1倍,此时的磁动势为:()2 1.051150NI NI =⨯=安匝第四步,计算线圈尺寸 1)推导计算线圈厚度公式线圈的温升公式为:m PSθμ=⋅ 这里: θ:温升,单位℃;P :功率,单位W ;m μ:线圈的散热系数,单位2/W cm ⋅℃;S :线圈的散热表面积,单位2cm 。
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电磁铁的设计计算一. 电磁铁的吸力计算1. 曳引机的静转矩T=[(1-φ)Q ·g ·D/(2i )]×10-3式中:φ-------对重系数(0.4-0.5)g---------重力加速度 9.8m/s 2i----------曳引比Q---------额定负载 kgD--------曳引轮直径 mmT=[(1-Text1(3))×Text1(0) ×9.8×Text1(1)/(2×Text1(2))]×10-3 = Text1(16) Nm2. 制动力矩 取安全系数S=1.75-2 取S= Text1(5)Mz=S ·T= Text1(5)×Text1(16)= Text1(6) Nm3. 电磁铁的额定开闸力u--------摩擦系数 0.4-0.5,取0.45;Dz------制动轮直径 Dz= Text1(8)mmF N = )321(1031L L L uD L M Z Z ++⨯ = Text1(6)×Text1(11)×103/(Text1(7)×Text1(6)×Text1(9))= Text1(12)NL1,L2,L3所示详见右图4. 电磁铁的过载能力F1----电磁铁的最大吸力;5. 所需电磁铁的最大吸力F1=1.5F N =1.5×Text1(12)= Text1(13)N6. 电磁铁的额定功率1021F P == Text1(14) W7. 电磁铁的额定工作电压,设计给定U N =110 V8. 额定工作电流NN U P I == Text2(13) A 9. 导线直径的确定 (电密 J=5—6 A/mm 2 ) J= Text2(1) A/mm 2 裸线 JI d N π4'0== Text2(12) mm 绝缘后导线直径 d ’ = Text2(6) mm 10. 衔铁的直径(气隙磁密 B δ=0.9-1T )取B δ= Text2(2) Tπδ215B F d X = = Text2(3)mm取 d X = Text2(7) mm(结构调整)11. 电磁铁的最大行程计算长度1312F =δ = Text2(4)mm 12. 电磁铁线圈匝数初值(后期计算的匝数必须大于初值) W1=31020⨯Id F X πδ = Text2(5)匝二. 线圈的结构设计1. 线圈厚度b k ,高度为L k线圈结构比43-==k k b L β 取 β= Text2(8) 线圈厚度b k =β1'W d = Text2(10)mm高度k k b L ∙=β=Text2(9)mm 2. 电磁铁窗口尺寸确定b=5b k /4= Text3(4) mmL D1=5L k /4= Text3(5) mm3. 吸盘长度L2=2 L D1/5= Text3(0) mm4. 线圈中径D m = d x +2c+b= Text2(7)+2×Text3(7)+ Text3(4)= Text3(6) mm5. 根据结构确定线圈匝数Nm Z I D d U W 410320∙∙∙=ρ= Text3(1) 匝 ρ-----电阻率 取Text3(11)×10-26. 匝数初值确定误差计算%1001]12[⨯-W W W = Text3(2)% 若初值匝数与结构匝数>3% 应调整结构重新计算 1-6项,即调整中径D m (应<3%,目的是保证电磁铁的功率)7. 线圈匝数额定值221W W W N +== Text3(3)(匝) 8. 核算线圈槽满率 )21)(2(2'c L c b W d A N F --∙== Text3(9) % (应 ≤85%) 按计入填充系数1d t f L b J f W I A ∙∙∙∙== Text3(10)% (应≤75%) f t =0.5-0.57 (通过实验调整总结经验)9. 根据结构确定电磁铁的行程(或按标准确定)δN = Text3(12) (注δN < δ)10. 标准工作行程的电磁力= Text3(8) N (F 应F1)11. 结构设计具体的图纸设计12. 线圈电阻320104-⨯∙∙=d WD R m ρ= Text4(4) Ω 13. 电磁铁的实际功率损耗RU P G 2= = Text4(0)W 14. 电磁铁的温升计算SP G ∙=ατTD S=S1+ηm ·S2α-------线圈的散热系数65°时α=12.04×10-4 W/cm 270°时α=12.25×10-4 W/cm 280°时α=12.68×10-4 W/cm 2 (通常按80度计算)S1------线圈的外表面积S1= π·D1·L d = Text4(1) cm 2S2------线圈的内表面积S2=L D m ∙∙∙2πη= Text4(2) cm 2ηm -----散热系数,含金属骨架,ηm =1.7无骨架, ηm =0.9-1直接绕在铁芯上,ηm =2.4τ------线圈温升TD---- 通电率 40%(升降电梯),自动扶梯取100%=∙=TD SP G ατ Text4(5) 15. 电磁铁的最低启动电压,电磁力计算按标准最低启动电压 U 80 =80%U N = Text4(7) V线圈电流 RU I 80== Text4(6)A 16. 80%的U N 电磁吸力= Text4(9)NF 80 > F N 满足要求17. 温升变化后,电磁力计算线圈温升为90°C 时,电阻率ρ(90°C )=2.236×10-2Ωmm 2/m 320104-⨯∙∙=d WD R m t t ρ= Text4(10)Ω 电流tt R U I == Text4(11)A 7222104)(28.6-⨯∙∙=δπX t t d W I F = Text4(8)N F t > F N 满足要求。
电磁铁的设计计算
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电磁铁的设计计算一.电磁铁的吸力计算1.曳引机的静转矩T=[(1-φ)Q·g·D/(2i)]×10-3式中:φ-------对重系数(0.4-0.5)g---------重力加速度9.8m/s2i----------曳引比Q---------额定负载kgD--------曳引轮直径mmT=[(1-Text1(3))×Text1(0) ×9.8×Text1(1)/(2×Text1(2))]×10-3= Text1(16) Nm2.制动力矩取安全系数S=1.75-2 取S= Text1(5)Mz=S·T= Text1(5)×Text1(16)= Text1(6) Nm3.电磁铁的额定开闸力u--------摩擦系数0.4-0.5,取0.45;Dz------制动轮直径Dz= Text1(8)mmF N == Text1(6)×Text1(11)×103/(Text1(7)×Text1(6)×Text1(9))= Text1(12)NL1,L2,L3所示详见右图4.电磁铁的过载能力F1----电磁铁的最大吸力;5.所需电磁铁的最大吸力F1=1.5F N =1.5×Text1(12)= Text1(13)N6.电磁铁的额定功率= Text1(14) W7.电磁铁的额定工作电压,设计给定U N =110 V8.额定工作电流= Text2(13) A9.导线直径的确定(电密J=5—6 A/mm2)J= Text2(1) A/mm2裸线= Text2(12) mm 绝缘后导线直径d’ = Text2(6) mm10.衔铁的直径(气隙磁密Bδ=0.9-1T)取Bδ= Text2(2) T= Text2(3)mm取d X = Text2(7) mm(结构调整)11.电磁铁的最大行程计算长度= Text2(4)mm12.电磁铁线圈匝数初值(后期计算的匝数必须大于初值)W1== Text2(5)匝二.线圈的结构设计1.线圈厚度b k,高度为L k线圈结构比取β= Text2(8)线圈厚度b k== Text2(10)mm高度=Text2(9)mm2.电磁铁窗口尺寸确定b=5b k/4= Text3(4) mmL D1=5L k/4= Text3(5) mm3.吸盘长度L2=2 L D1/5= Text3(0) mm4.线圈中径D m = d x +2c+b= Text2(7)+2×Text3(7)+ Text3(4)= Text3(6) mm5.根据结构确定线圈匝数= Text3(1) 匝ρ-----电阻率取Text3(11)×10-26.匝数初值确定误差计算= Text3(2)%若初值匝数与结构匝数>3% 应调整结构重新计算1-6项,即调整中径D m (应<3%,目的是保证电磁铁的功率)7.线圈匝数额定值= Text3(3)(匝)8.核算线圈槽满率= Text3(9) % (应≤85%)按计入填充系数= Text3(10)% (应≤75%)f t =0.5-0.57 (通过实验调整总结经验)9.根据结构确定电磁铁的行程(或按标准确定)δN = Text3(12) (注δN < δ)10.标准工作行程的电磁力= Text3(8) N (F应F1)11.结构设计具体的图纸设计12.线圈电阻= Text4(4) Ω13.电磁铁的实际功率损耗= Text4(0)W14.电磁铁的温升计算TDS=S1+ηm·S2α-------线圈的散热系数65°时α=12.04×10-4 W/cm270°时α=12.25×10-4 W/cm280°时α=12.68×10-4 W/cm2 (通常按80度计算)S1------线圈的外表面积S1= π·D1·L d= Text4(1) cm2S2------线圈的内表面积S2== Text4(2) cm2ηm-----散热系数,含金属骨架,ηm=1.7无骨架,ηm=0.9-1直接绕在铁芯上,ηm=2.4τ------线圈温升TD---- 通电率40%(升降电梯),自动扶梯取100%Text4(5)15.电磁铁的最低启动电压,电磁力计算按标准最低启动电压U80 =80%U N = Text4(7) V线圈电流= Text4(6)A16.80%的U N电磁吸力= Text4(9)NF80 > F N满足要求17.温升变化后,电磁力计算线圈温升为90°C时,电阻率ρ(90°C)=2.236×10-2Ωmm2/m= Text4(10)Ω电流= Text4(11)A= Text4(8)NF t > F N满足要求。
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。
电磁铁设计

极靴直径:
= 增加到9.6 所以 =3608高斯
2.确定铁芯直径:
电磁铁的漏磁系数σ=2
铁芯材料采用低碳钢,铁芯磁感应强度取 =11000高斯
则铁芯截面: = =6.3
铁芯直径: =2.83cm取3cm
则: =7.07
3.确定线圈磁势:
带珐琅漆后直径为:0.42mm
6.决定线圈匝数
该线圈为反复短时工作制电磁铁所以
J=2.7安/毫米
匝数:w= =4290匝
7.修正线圈尺寸
= =11.23mm
故修正后线圈尺寸为12mm
8.确定导磁体尺寸:
线圈的内直径:D1= =31mm
线圈外直径: = +2* =55m
导磁体宽度:B= +2* =65m
电磁铁设计说明
定设计任务为:设计一个拍和式电磁铁,他的额定工作行程为3mm,该行程时的电磁吸力50N(5公斤),用在电压36v的直流电路上。线圈容许温升为65摄氏度。
初步设计
1.确定极靴:
电磁铁结构因数:K= &= /0.3=7.45
据此结构系数确定用拍和式磁铁
查上表:气隙磁感强度 =3800高斯
极靴表面积:
散热系数: =12.04x 瓦/平方厘米*摄氏度
查表
得:高和宽度之比:β=6
工作温度=105摄氏度
电阻系数:ρ=0.02339欧*平方毫米/米
充填系数: =0.4
则: = =12.49mm
取12.5mm则线圈高度:75mm
5.线圈直径:
线圈的平均直径:
= + =0.0425m
导线直径:d= =0.39mm=0.4mm
铁軛截面: =1.1* =693
直流电磁铁设计计算表
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直流电磁铁设计计算表(原创版)目录1.直流电磁铁的设计目标参数2.直流电磁铁的设计流程3.直流电磁铁的计算公式4.直流电磁铁的线圈电流计算5.直流电磁铁的电磁力计算公式6.直流电磁铁的铁芯材料选择7.直流电磁铁的散热措施正文直流电磁铁设计计算表是电磁铁设计的重要工具,它能帮助工程师确定电磁铁的各项性能参数,以满足实际应用的需求。
下面我们将详细介绍直流电磁铁的设计计算过程。
1.直流电磁铁的设计目标参数电磁铁的设计目标参数主要包括推力、最大行程、工作电压和工作电流。
这些参数的确定需要考虑电磁铁的实际应用场景和性能要求。
例如,如果电磁铁用于起重机,那么推力需要足够大;如果电磁铁用于精密控制,那么最大行程和工作电压需要足够小。
2.直流电磁铁的设计流程直流电磁铁的设计流程主要包括确定设计目标参数、选择电磁铁的结构形式、计算电磁铁的磁势、计算线圈电流、计算电磁力、确定铁芯材料和设计散热措施等步骤。
3.直流电磁铁的计算公式直流电磁铁的磁势计算公式是 F=ni,其中 F 是磁势,n 是线圈匝数,i 是线圈中的电流。
根据磁势可以计算出电磁铁的电磁力,电磁力的计算公式是 F=B*A,其中 B 是磁感应强度,A 是电磁铁的有效吸力面积。
4.直流电磁铁的线圈电流计算线圈电流的大小取决于电磁铁的工作电压和线圈的电阻。
线圈电阻的计算公式是 R=U/I,其中 R 是线圈电阻,U 是工作电压,I 是线圈电流。
根据线圈电阻和线圈匝数可以计算出线圈的直径,线圈直径的计算公式是D=sqrt(4*R*n)。
5.直流电磁铁的电磁力计算公式根据磁势可以计算出电磁铁的电磁力,电磁力的计算公式是 F=B*A,其中 B 是磁感应强度,A 是电磁铁的有效吸力面积。
6.直流电磁铁的铁芯材料选择铁芯材料的选择对电磁铁的性能有重要影响。
一般选择导磁性能好的材料,如纯铁、硅钢片等,可以增加电磁铁的吸力。
7.直流电磁铁的散热措施直流电磁铁在工作过程中会产生热量,如果热量不能及时散发,可能会导致电磁铁过热,影响其使用寿命。
YDF-42 电磁铁的设计计算

F= ( Φ )2
1
14
5000 S(1+ αδ)
忽略铁磁阻和漏磁通 这样气隙中的磁通
=IW.G 108 15
式中
磁导 G =
2
πd c
0
q πRd 2 π × 30 × 0.252
W= 1.28 IW = 1.28 × 961 =1093 匝 jd 2 18 × 0.252
4.7 确定电阻
线圈平均匝长
lcp= π DH + D1 10 2
DH=D1+2b k 11 D1=dc+2 12
=0.785
厘米
2
17
F= ( Φ )2
1
= (14415) 2
1
=8.4 公斤
5000 S(1 + αδ) 5000 0.785(1 + 4 × 0.065)
可见吸力是满足设计要求的
5.2 线圈温升计算
线圈容许温升 =110 查参考资料可得散热系数为
可见是合格的
6 结论
到目前为止 虽然设计电磁铁的方法有许多种 但是都还没有一套既严谨准确又使计
Байду номын сангаас
算简便的方法 很大部分还只能依靠经验数据来选择 经过某些理论计算 最后试制样品
加以验证 证实所设计的结构参数是否合理 必要时作适当修改 本产品试验数据如下
电压 V 工作行程 mm 吸合力 kg 电阻
吸力 F=6.5kg 电阻 R=30
lk
图 1 电磁铁草图 4 设计程序
根据已测绘出的基本尺寸 通过理论计算确定线圈的主要参数 并验算校核所设计出
D3 D2 bk dc
的电磁铁性能 4.1 确定衔铁直径 dc
电磁铁的设计与计算

选择设计点
将
(Ff * ) max
的点作为设计点,
此时的反力,再引入一个安全系数,作为设计点 的吸力,即:
F0 k0 * Ff 0
系数为考虑计算和制造中产生的偏差所加的 安全裕度
2 线圈的额定电压/额定电流及其允许波动范围
标准规定:电压波动范围为 (1.05—0.85)UN
3 线圈允许发热温升
电磁铁结构形式的选择
从特性配合来选择电磁铁的结构形式 几种直流电磁铁的吸力特性
1—盘式电磁铁 2—拍合式电磁铁 3—带挡铁螺管式 电磁铁 4—无挡铁螺管式 电磁铁
第二节
电磁铁结构形式的选择
从特性配合来选择电磁铁的结构形式 两种交流电磁铁的吸力特性
第二节
电磁铁结构形式的选择
从特性配合来选择电磁铁的结构形式 快速电磁铁的吸力特性(曲线3所示)
第二节 电磁铁结构形式的选择
电磁铁的结构形式
第二节
电磁铁结构形式的选择
从特性配合来选择电磁铁的结构形式 对不要求快速动作的电磁铁,应使吸力特性与
反力特性形状尽量一致
第二节
电磁铁结构形式的选择
从特性配合来选择电磁铁的结构形式 对不要求快速动作的电磁铁,应使吸力特性与
反力特性形状尽量一致 从静态观点出发,只要动作值下的吸力特性处 处高于反力特性和释放值下的吸力特性处处低 于反力特性,就能保证电磁系统在吸合和释放 过程中正常工作,而不致中途被卡住。但从动 态观点来看,则只要吸力特性与反力特性呈现 正差时的能量大于呈现负差时的能量,而且动 作值下的吸力特性在 min 处大于反作用力, 电磁系统即能正常工作,同时还能减小撞击。
交流电磁铁设计的特点 交变磁通在导磁体中产生磁滞损耗和涡流损耗
电磁铁计算

50换算质量(KG )4.2长期工作制1短时工作制<10.1重复短时工作制<124计算:1.结构系数F c 初始行程吸力,考虑漏磁的影响增加30%K Φ=F(1+30%)65初始吸力F(N)衔铁的行程δh (mm )容许温升(℃)工作电压(V )工作制τ查表得得衔铁直径衔铁吸力方程励磁线圈的计算IN电相应温度电阻率导线截面积导线直径实际安匝数温升公式20.67907334复算:励磁线圈的复算:结构设计:Q5.16.070261326B=0.83T=0.83*10000cm单位6700F为额定吸力d= 1.955352924cm因衔铁上要开导油孔,所以直径取偏大2mm2.23119.25347431205.2812.5108 6.304116640.837706656.422015NIN=1717.26361720安匝N1187匝取热态电流为 1.2 1.2N=1431.0531432衔铁与导套间隙,导套厚度一般为2mm,骨架厚度一般为1.5mm电阻率20℃漆包线电阻率为0.0175欧姆.mm2/m相应温度电阻率(1+0.004(t-20))*ρ200.140786479mm20.423492424取标准直径1686.8397171687NR105R20N(1/2)*cm(-1)因衔铁上要开导油孔,所以直径取偏大2mmcm445.902521.11643.9164041187为最少匝数,得考虑发热和温升,匝数越少发热越大A匝2mm,骨架厚度一般为1.5mm dd=22.5mmDd=26.5mm1.75x10-5欧姆.mm dxq=29.5mmDxq=49.16666667mm49.2mm0.44mm外径(加漆层)0.49mm漆包线面积0.1519761405.8333331406匝25148.2272725欧姆20404.3571320.3欧姆。
电磁铁计算公式范文

电磁铁计算公式范文电磁铁磁场强度的计算公式是根据安培定律得到的。
安培定律说明了通过导线的电流产生的磁场强度与电流成正比,与距离导线的距离成反比。
对于一根直导线而言,其磁场强度的计算公式为:B=(μ0*I)/(2π*r)其中,B表示磁场强度,μ0为真空中的磁导率,其数值约等于4π*10^-7T*m/A,I表示电流的大小,r表示距离直导线的距离。
对于一个电流通过多匝线圈构成的电磁铁而言,其磁场强度的计算需要考虑线圈的匝数和线圈的长度。
由于线圈产生的磁场的磁感应强度是由所有匝数叠加而成的,因此可以将线圈视为若干根平行直导线的组合。
对于一个匝数N的线圈,其磁场强度的计算公式可以表示为:B=(μ0*N*I)/(2π*r)其中,B表示磁场强度,μ0为真空中的磁导率,I表示电流的大小,N表示线圈的匝数,r表示距离线圈中心的距离。
除了磁场强度的计算公式之外,磁通量和磁场能量的计算也是电磁铁设计中重要的参数。
磁通量是指磁场通过一个表面的数量,其单位为韦伯(Wb)。
对于一个磁场与表面垂直的平面而言,磁通量的计算公式为:Φ=B*A其中,Φ表示磁通量,B表示磁场强度,A表示表面的面积。
磁场能量是指磁场中储存的能量量度。
对于一个线圈产生的磁场而言,其磁场能量的计算公式为:W=(1/2)*μ*N^2*I^2*V其中,W表示磁场能量,μ为线圈中的有效磁介质的磁导率,N表示线圈的匝数,I表示电流的大小,V表示线圈的体积。
需要注意的是,上述公式是根据一些简化条件推导得到的近似公式,在实际应用中可能需要考虑更多的因素,如磁场的非均匀性、磁铁的几何形状等。
因此,在具体应用中,可能需要进行更精确的计算和分析。
比例电磁铁的设计计算
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比例电磁铁的设计计算
比例电磁铁是一种能将输入的电信号按比例转换成机械量(力或位移)输出的电子控制元件。
以下是其设计计算方法:
对于螺管电磁铁而言,螺管力的大小是由沿线圈高度方向上单位长度的激磁安匝以及漏磁通两者所决定。
由此可知,增大激磁安匝和减小漏磁可以增大力。
增大安匝一方面会在材料、能源方面造成浪费;另方面会使得铁磁材料多处饱和。
虽然可以通过增大铁心厚度来处理饱和问题,但是当铁心厚度增大时,漏磁也会增大。
减小漏磁的方法是在衔铁和轭铁上开一些槽,可以改变漏磁通的方向得到比较大的力。
另外,采用正交优化和TABU搜索法对影响力的轭铁直径、衔铁直径、槽的尺寸等进行优化研究,得出了最终结果。
比例电磁铁具有结构紧凑、控制简单、反应迅速、动作可靠等优点,在电液比例控制中得到了广泛应用。
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
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直流电磁铁线圈匝数设计计算表摘要:一、引言1.1 直流电磁铁的概述1.2 直流电磁铁线圈匝数设计的重要性二、直流电磁铁线圈匝数设计计算表2.1 线圈匝数计算公式2.2 设计参数及其对电磁铁性能的影响2.2.1 出力2.2.2 行程2.2.3 操作频率2.2.4 工作电压2.2.5 技术标准2.2.6 铁磁材料和材料等级的选择三、线圈匝数设计计算实例3.1 实例参数3.2 计算过程3.3 结果分析四、线圈匝数设计计算的注意事项4.1 线圈材料的选择4.2 线径的确定4.3 线圈缠绕层数的选择4.4 外电压对线圈全长的影响五、结论5.1 直流电磁铁线圈匝数设计计算的重要性5.2 设计计算过程中的注意事项5.3 对未来发展的展望正文:一、引言1.1 直流电磁铁的概述直流电磁铁是一种利用直流电流通过线圈产生磁场,从而实现吸铁或磁性材料运动的设备。
它广泛应用于机械制造、自动化设备、磁性材料分选等领域。
直流电磁铁的性能与线圈匝数、电流、铁磁材料等参数密切相关。
1.2 直流电磁铁线圈匝数设计的重要性线圈匝数是直流电磁铁设计中的重要参数,它直接影响到电磁铁的磁场强度、吸力、能耗等性能。
因此,合理地设计线圈匝数对于提高直流电磁铁的性能具有重要意义。
二、直流电磁铁线圈匝数设计计算表2.1 线圈匝数计算公式线圈匝数的计算公式为:= (B * L * F) / (μ * I)其中,N 为线圈匝数,B 为磁场强度,L 为线圈长度,F 为操作频率,μ 为导磁率,I 为线圈电流。
2.2 设计参数及其对电磁铁性能的影响2.2.1 出力出力是电磁铁的重要性能指标,它与线圈匝数、电流、铁磁材料等有关。
合理的线圈匝数设计可以提高电磁铁的出力。
2.2.2 行程行程是指电磁铁从开始吸合到完全吸合的距离。
合理的线圈匝数设计可以减小行程,提高电磁铁的响应速度。
2.2.3 操作频率操作频率是指电磁铁在单位时间内进行吸合和释放的次数。
高频率的操作要求线圈匝数设计合理,以降低能耗和提高电磁铁的寿命。
直流电磁铁设计计算表
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直流电磁铁设计计算表
摘要:
一、直流电磁铁设计计算表简介
二、直流电磁铁设计计算表的必要性
三、直流电磁铁设计计算表的使用方法
四、直流电磁铁设计计算表的应用领域
五、直流电磁铁设计计算表的未来发展
正文:
直流电磁铁设计计算表是一种用于设计和计算直流电磁铁的表格工具,它可以帮助工程师和技术人员快速、准确地确定电磁铁的各项参数,从而为电磁铁的设计和制造提供参考。
电磁铁是电气工程中的一种重要设备,它利用电磁原理产生磁力,从而实现对其他设备的控制和操作。
直流电磁铁设计计算表的必要性在于,它可以帮助工程师和技术人员快速、准确地确定电磁铁的各项参数,从而提高电磁铁的设计效率和质量。
直流电磁铁设计计算表的使用方法非常简单,工程师和技术人员只需要根据表格中的提示,填写相应的参数,就可以得到电磁铁的各项性能指标。
例如,通过填写线圈匝数、电流大小、铁芯材料等信息,就可以计算出电磁铁的磁力大小、吸力大小、工作电压等参数。
直流电磁铁设计计算表的应用领域非常广泛,它不仅可以用于电磁铁的设计和制造,还可以用于电磁铁的故障诊断和维修。
例如,在电磁铁出现故障
时,工程师和技术人员可以通过查看直流电磁铁设计计算表,了解电磁铁的性能指标,从而确定故障原因,并进行维修。
随着科技的发展,直流电磁铁设计计算表也在不断发展和完善。
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
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直流电磁铁线圈匝数设计计算表(最新版)目录一、引言1.1 背景介绍1.2 直流电磁铁的定义与原理1.3 线圈匝数设计的重要性二、直流电磁铁线圈匝数计算方法2.1 磁场强度与导磁率的关系2.2 线圈匝数计算公式2.3 线圈材料选择2.4 线圈长度与层数的确定三、线圈匝数设计影响因素3.1 电磁铁出力与匝数关系3.2 操作频率与匝数关系3.3 工作电压与匝数关系3.4 铁磁材料选择与匝数关系四、技术服务合同与商业委托4.1 技术服务合同的内容4.2 商业委托的实施流程五、结论5.1 线圈匝数设计对直流电磁铁性能的影响5.2 线圈匝数设计的实际应用案例正文一、引言1.1 背景介绍直流电磁铁是一种利用直流电流通过线圈产生磁场,从而实现吸铁或磁性材料固定等功能的设备。
在工业生产和日常生活中,直流电磁铁被广泛应用于起重机、磁性分离器、磁性吸附器等机械设备中。
1.2 直流电磁铁的定义与原理直流电磁铁是一种利用直流电流通过线圈产生磁场的设备。
当直流电流通过线圈时,会在线圈周围产生磁场,磁场的强度与电流的大小、线圈的匝数以及线圈的材料有关。
电磁铁的原理是利用磁场对铁磁性材料产生吸力或磁力,从而实现吸铁或磁性材料的固定。
1.3 线圈匝数设计的重要性线圈匝数是直流电磁铁设计中一个重要的参数,它直接影响到电磁铁的磁场强度、吸力以及性能。
因此,如何合理地设计线圈匝数,是提高直流电磁铁性能的关键。
二、直流电磁铁线圈匝数计算方法2.1 磁场强度与导磁率的关系磁场强度与导磁率成正比,而导磁率是铁磁材料的一种特性,表示在磁场作用下,铁磁材料内部磁感应强度与磁场强度之比。
通常情况下,导磁率的单位为 H/m(亨利每米)。
2.2 线圈匝数计算公式线圈匝数的计算公式为:N = B * L / (μ * I)其中,N 为线圈匝数,B 为磁场强度,L 为线圈长度,μ为导磁率,I 为线圈中的电流。
2.3 线圈材料选择线圈材料的选择会影响到线圈的电阻、导磁率以及线圈的耐用性。
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
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直流电磁铁线圈匝数设计计算表(实用版)目录一、引言1.1 背景介绍1.2 直流电磁铁的定义和应用1.3 线圈匝数计算的重要性二、直流电磁铁线圈匝数计算方法2.1 磁场强度和导磁率的概念2.2 线圈匝数计算公式2.3 线圈材料选择2.4 线径和层数的确定2.5 线圈全长和电磁铁尺寸的确定三、线圈匝数计算的实际应用案例3.1 应用背景和要求3.2 技术标准和材料选择3.3 线圈匝数计算过程3.4 实施结果和分析四、线圈匝数计算的挑战和展望4.1 计算过程中的不确定性4.2 线圈匝数计算的优化方向4.3 展望未来的发展趋势正文一、引言1.1 背景介绍电磁铁是一种利用电流在导线中产生的磁场来实现磁性吸附和释放的设备。
在工业生产和科学研究中,电磁铁被广泛应用于起重、牵引、制动、磁性材料加工等领域。
直流电磁铁是其中一种常见的类型,其磁性的强弱与线圈的匝数密切相关。
1.2 直流电磁铁的定义和应用直流电磁铁是指通过直流电流产生磁场的电磁铁。
与交流电磁铁相比,直流电磁铁的磁场稳定性更好,因此在一些需要稳定磁场的应用场景中更为常见。
例如,在磁性材料加工、永磁电机等领域,直流电磁铁被广泛使用。
1.3 线圈匝数计算的重要性线圈匝数是影响直流电磁铁磁性强弱的重要因素。
合理的线圈匝数设计可以提高电磁铁的磁性能,从而实现更高效的磁性吸附和释放。
因此,对直流电磁铁线圈匝数进行科学计算具有重要的实际意义。
二、直流电磁铁线圈匝数计算方法2.1 磁场强度和导磁率的概念磁场强度是指单位面积上通过的磁力线数量,单位为安培/米(A/m)。
导磁率是指材料在磁场中的磁化程度,单位为亨利每米(H/m)。
2.2 线圈匝数计算公式线圈匝数的计算公式为:N = (B * H) / (μ * I),其中 N 为线圈匝数,B 为磁场强度,H 为导磁率,μ为线圈材料的相对磁导率,I 为线圈中的电流。
2.3 线圈材料选择线圈材料的选择会影响电磁铁的磁性能。
一般而言,导磁率越高的材料,其磁性能越好。
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电磁铁设计计算书
河北科技大学电气工程学院 张刚
电磁铁设计中有许多计算方法,但有许多计算原理表达的不够清晰,本人参照“电
磁铁设计手册”一书,对相关内容进行了整理补充,完成了一个直流110V 拍合式电磁铁的计算。
设计一个拍合式电磁铁,它的额定工作行程为4mm ,该行程时的电磁吸力为0.8公
斤,用在电压110V 直流电路上,线圈容许温升为65℃。
1) 初步设计 第一步:计算极靴直径
电磁铁的结构因数为:
0.8
2.2F
K φδ
=
=
≈
查空气气隙磁感应强度与结构因数的经济表格,如下图所示:
从图中可查得,气隙磁感应强度最好取为p B =2000Gs 。
极靴的表面积为:
2
2
2500050000.852000n p S F cm B ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭
极靴直径为:
445
2.52
3.14
n
n S d cm π
⨯=
=
= 取n d =2.5cm ,则2
4.9n S cm =。
磁感应强度p B 增加为2040Gs 。
第二步,计算铁芯直径
材料采用低碳钢,其磁感应强度取cm B =11000Gs ,漏磁系数σ取2,则:
222040 4.9
1.1811000
p n
cm cm
B S S cm B σ⨯⨯=
=
=
铁芯直径为:
1.52c d cm =
=
=
取 1.5c d cm =,则2
1.77cm S cm =
第三步,计算线圈磁动势
线圈的磁动势NI 为工作气隙磁动势、铁芯磁动势和非工作气隙磁动势的和,记
为:
()()()cm n NI NI NI NI δ=++
计算中,可取:
()()()cm n NI NI a NI +=
这里a=0.15~0.3,也就是铁芯磁动势和非工作气隙磁动势的和约占总磁动势的
15%~30%。
因此,线圈的磁动势应为:
()()()
42
7
102040100.4109321141010.3p
p
B B NI a a δ
μδμπ---⋅⨯⨯⨯==⋅=≈--⨯-安匝 系统一般要求电压降到85%U n 时仍能正常工作,在额定电压U n 下的磁动势为:
()1
10950.85
NI NI =
=安匝
计算温升时,一般取额定电压U n 的1.05~1.1倍,此时的磁动势为:
()2 1.051150NI NI =⨯=安匝
第四步,计算线圈尺寸 1)推导计算线圈厚度公式
线圈的温升公式为:
m P
S
θμ=
⋅ 这里: θ:温升,单位℃;
P :功率,单位W ;
m μ:线圈的散热系数,单位2/W cm ⋅℃;
S :线圈的散热表面积,单位2
cm 。
a)线圈散热系数的经验值如下表所示。
表 线圈散热系数m u 的经验值
线图的散热表面种S 的计算公式如下:
H m e S S S η=+
这里: H S :线圈的外表面面积(cm 2) e S :线圈的内表面面积(cm 2)
m η:表面系数,依结构确定。
线圈表面系数m η的确定原则:
i)骨架为导热较差的绝缘材料时,m η=0; ii) 骨架为导热较好的金属材料时,m η=1.7; iii)无骨架时,m η=0.9~1;
iv)线圈直接绕在铁芯上时,m η=2.4。
2)线圈高厚比β
线圈高厚比β是线圈的高度k l 和线圈的厚度k b 之比,它与整个电磁铁的用铜量和
用铁量有关,影响电磁铁的经济性。
线较的结构如下图所示。
线圈高厚比β选择如下表所示:
表 线圈高厚比β经验取值
电磁铁型式
β值
直流电磁铁
交流电磁铁
拍合式
带极靴 4~6 2 不带极靴 5~7 盘式 2~4 1~2 螺线管式
7~8
3~4
3)
线圈消耗的功率可表示为:
()
2
22
cp
cp
D D P I R I N NI q
q N
ρπρπ⋅⋅⋅⋅==⋅
=⋅
这里: ρ:电阻系数,单位2/mm m Ω⋅;
cp D :线圈的平均直径,1cp k D D b =+,单位m ;
q :导线的截面积,单位2mm ;
N :线圈匝数。
铜导线电阻系数的值如下表所示:
工作温度(℃)
电阻系数(2
/mm m Ω⋅)
工作温度(℃)
电阻系数(2
/mm m Ω⋅)
20 20ρ=0.01754
90 90ρ=0.02236
35 35ρ=0.01857 105 105ρ=0.02339 40 40ρ=0.01991 120
120ρ=0.02443
()112H m e k k m k S S S D b l Dl ηπηπ=+=++
这里取m η=1,则:
()122k k cp k S D b l D l ππ=+=
代入线圈温升公式,得:
()
()2
2
22cp
m m cp k
m k D NI NI P
q N S
D l l q N
ρπρ
θμμπμ⋅⋅⋅⋅=
==
⋅⋅⋅⋅⋅
这里:
q N ⋅表示线圈占的表面积,可用填充系数与线圈面积来表示。
填充系数k f 表示线圈中导体铜截面所占面积与线圈的总面积之比,表示这:
M k k k k
Q q N
f Q b l ⋅=
=
故:
()()()2
2
2
23222m k m k k k k
m k k
NI NI NI l q N
l f b l f b ρ
ρ
ρ
θμμμβ⋅⋅⋅=
=
=
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
则:
k b =
但这里单位制还不统一,ρ的单位是2
/mm m Ω⋅,m μ的单位是2
/W cm ⋅℃,把
ρ统一化成2cm 和mm ,得:
k b =
(mm)
本例中导线采用Q 号漆包线,其最高容许温升为θ=65℃,查表知,其散热系数:
()4212.0410/m W cm μ-=⨯⋅℃
选取线圈高厚比:
6β=
当温升θ=65℃,工作温度=65℃+40℃=105℃,则电阻系数:
()20.02339/mm m ρ=Ω⋅
取填充系数:
0.45k f =
则线圈厚度为:
()10.3k b mm ===
取10k b mm =,则()61060k l mm =⨯=。
第五步,计算线圈直径
电压型线圈,有如下关系式:
cp D NI
U IR N N q
πρ==⋅⋅⋅
这里:
2
4
d q π=
则:
)d mm =
这里:
1.5 1.0
2.50.025cp c k D d b cm m =+=+==
故:
()0.1579d mm =
=
=
查线规表,其邻近的直径为d=0.16mm ,带绝缘漆后'
0.18d mm =。
第六步,计算绕圈匝数 电磁铁电流密度一般按如下取值: a)长期工作制的电磁铁:j=2~4(A/mm 2
); b)反复短时工作制的电磁铁:j=5~12(A/mm 2
); c)短时工作制的电磁铁:j=13~30(A/mm 2
);
这里取:
j=2.7A/mm 2
线圈的匝数为:
()
2
41095
4
201003.14 2.70.16
NI N jd π⨯==
=⨯⨯(匝)。