08-3-29 直流电磁铁设计指导书 电子版要点
电磁铁设计计算书
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 。
直流电磁铁设计
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丄（T）S2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A）3、磁场强度日二寻（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■二旦建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系 <H^=4 n X 10-7享/米相对磁导率r='-#05、磁通①二巴R M磁阻R M二+这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率卩不是常数，使用磁阻计算磁路并不方便，磁阻计算一般只用于定性。
真空中无限长螺线管B= — it °nl 。
2磁效率电磁铁工作循环图当电磁铁接上电源，磁力还不足克服反力，按0~2的直线进行磁化，达到期初始工作点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，面积皿为电磁铁作的功6、磁感应强度的定义式 B=—,磁感应强度与力的关系。
qv7、 B=卩o nl 。
对于长螺线管，端面处的我们的目的是使I和H的面积最小，皿的面积最大。
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）提咼制造精度，使吸合后气隙最小，但要防止衔铁粘住。
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K i=-AA0A :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K2= —A0G=电磁铁重量。
电磁学实验指导书.doc
电磁学实验考核形式：1）平时成绩占60%：包括：对实验原理、方法、步骤、实验技能、实验设计等的掌握，实验报告的书写，实验前后的预习及总结等，综合评定。
2）期末操作考试+笔试占40%：单人单桌，随机抽题。
二项成绩之和为总成绩。
实验一静电场的描绘实验类型：综合实验类别：专业基础实验学时：3所涉及的课程和知识点：电磁学课程中静电场和稳恒电流的内容一、实验目的1.了解用电流场模拟静电场的基本原理2.加深对静电场性质的理解3.学习用回归法处理数据二、实验原理带电体在其周围空间会产生静电场，可以用电场强度丘或电位V的空间分布来描述。
在一些电子器件和设备中，常常需要知道其中的电场分布。
一般情况下, 可以从已知的电和分布，用静电场方程求出其对应的电场分布，但对于较为复杂的静电场分布，数学上仍十分困难。
因此，一般都希望通过实验的方法来确定，但直接测量电场有很大的困难。
因为一是静电场中无电流，不能适用磁电式仪表, 而只能使用较复杂的静电仪表和相应的测量方法；二是探测装置必然是导体或电介质，一旦放入静电场，将会产生感应电荷，使原电场发生畸变，影响测量结果的准确性。
若用相似的电流场来模拟静电场，则可从电流场得到对应的静电场的具体分布。
如果两种物理现象在一定条件下满足同一形式的数学规律，就可将对其中一种物理现象的研究来代替对另一种物理现象的研究，这种研究方法称作模拟法。
静电场和稳恒电流场相似的理论依据是：当空间不存在体分布的自由电荷时，各向同性的电介质中的静电场满足下列方程:铲.於=0 ；jE-dl =Qs式中的丘为静电场的电场强度矢量。
在各向同性的导电介质中的稳恒电流场的电荷分布与时间无关，于是电荷守恒定律满足下列方程：<^"z - dS = 0 ；-dT =0s式中的亍为稳恒电流的电密度矢量。
比较上述两组方程可知，各向同性的均匀介质中静电场的电场强度亘和各向同性的导电介质中稳恒电流场的电流密度i所遵守的物理规律具有相同的数学表达式。
直流接触器电磁铁设计-湖南工程学院应用技术学院
直流接触器电磁铁设计简介直流接触器电磁铁是一种常见的电磁元件，广泛应用于各种电气控制系统中。
通过控制电磁铁的通断，可以实现对电路的开关控制。
本文将介绍直流接触器电磁铁的设计方法和注意事项。
设计原理直流接触器电磁铁的基本工作原理是，当通过电磁铁的电流改变时，电磁铁内的线圈会产生磁场，磁场的强度与电流成正比，磁场的极性由电流的方向决定。
当电磁铁通电时，会产生一定的吸引力，可以吸引铁芯上的触点，从而实现电路的闭合。
设计步骤1. 确定参数设计直流接触器电磁铁前，需要根据实际工作需求，确定以下参数：•工作电压•线圈电流•线圈电阻•线圈匝数•铁芯尺寸•触点材质和尺寸2. 计算参数根据上述参数，可以通过下列公式计算出电磁铁的一些重要参数：1.线圈电感线圈电感L与线圈匝数N、线圈直径d、线圈长度l有关。
可以使用下列公式计算：L = (N\d)^2 / (18\d+40\*l)2.磁场强度磁场强度H与线圈电流I、线圈匝数N、铁芯长度l、铁芯截面积S有关。
可以使用下列公式计算：H = I\N / (l\S)3.磁通量磁通量Φ和磁场强度H、铁芯长度l、铁芯截面积S有关。
可以使用下列公式计算：Φ = H\l\S3. 模拟电磁场使用模拟软件可以帮助验证所设计的电磁铁是否符合预期。
应根据设计所需工作情况，选择合适的模拟软件，进行电磁场仿真模拟。
4. 实验验证在设计电磁铁之后，应进行实验验证，并通过实验数据来检验设计的正确性和可行性。
应根据实际工况，选择合适的实验设备和检测方法。
注意事项设计直流接触器电磁铁需要注意以下事项：1.电磁铁的通断次数越多，对触点的磨损就越大，应合理设计使用寿命。
2.电磁铁的截面积应尽量大，以增加磁通量。
3.线圈匝数应尽量多，以增加线圈电感和磁场强度。
4.铁芯应选择高导磁率材料，以增加磁通量。
本文介绍了直流接触器电磁铁的设计方法和注意事项，电磁铁的设计需要根据实际工况选择合适的参数。
设计完成后，应进行实验验证以检验电磁铁的正确性和可行性。
电磁电器设计基础第七章 直流电磁铁设计
灵敏磁系统的设计步骤
原始数据 反力特性 吸合电压 最大电压 动作功率 返回系数
1. 确定 及 由反力特性确定最困难工作点，得 和
——选择电磁铁的型式
2. 确定铁芯直径
根据铁磁材料的 选取铁芯的磁通密度 (
1. 确定厚度
，在 下长期
2. 确定匝数
3. 确定导线直径 4. 验算温升
7-4 灵敏磁系统的设计特点
功率经济性指标：单位拟定功所消耗的线圈功率
功率经济性指标的关系式
影响功率经济性指标的因素
1. 系数 灵敏电磁铁一般都用高磁导率的磁性材料作 导磁体，在结构上尽量减小非工作气隙 应选在材料的最大磁导率附近
1. 设计点 的选择
选择反力特性上拟定功
最大的点，也是电磁
铁工作最困难的点作为设计的原始数据
图7-7
2. 结构因素和选型定形
结构因素：反映电磁铁的形状，常利用线圈外径 和线圈长度之比描述
L Lr
z
L
各种型式电磁铁的最优JY值范围 表7-1
3. 确定铁芯半径 忽略散磁通及漏磁通的影响
的选取 （1）材料的磁性能 （2）漏磁系数 （3）允许温升及通电持续率 （4）拟定功
以重量经济性指标为设计准则，即在给定拟定功 的技术要求下使电磁铁设计成重量最轻、体积小， 暂不考虑其他要求。
初步计算
原始数据
（1）主工作气隙 或行程 （2）气隙为 时的电磁吸力 （3）吸合电压 及最大工作电压 （4）通电持续率 （5）极限允许温升
主要尺寸和线圈参数
（1）铁芯半径 （2）吸合磁势 及最大磁势 （3）线圈尺寸L及b （4）线圈导线直径d及匝数W （5）导磁体其他尺寸
电磁铁制作资料及方法
电磁铁制作资料及方法
电磁铁是一种利用电流产生磁场的装置，广泛应用于各种领域，如电子设备、机械制造和科学实验等。
下面我们将介绍一下电磁铁
的制作资料及方法。
所需资料：
1. 铁芯，可以使用铁钉、铁棒或者铁片等作为铁芯材料。
2. 绝缘线，用于绕制线圈的线材，可以使用漆包线或者电工线。
3. 电源，需要一台直流电源供给电磁铁所需的电流。
制作方法：
1. 准备铁芯，选择合适的铁芯材料，确保表面光滑无明显损伤。
2. 绕制线圈，将绝缘线绕制成线圈，绕制时要保证线圈的匝数
均匀，可以使用绕线器来辅助绕制。
3. 连接电源，将线圈的两端分别连接到直流电源的正负极，确保连接牢固。
4. 测试，接通电源，观察铁芯的磁性能，可以使用铁屑或者铁钉来测试电磁铁的磁力强度。
制作完成后，电磁铁可以通过控制电流的大小来调节磁场的强弱，实现吸引或排斥铁质物体的功能。
在实际应用中，电磁铁广泛用于电磁吸盘、电磁起重机、电磁分选机等设备中，发挥着重要的作用。
总之，电磁铁的制作并不复杂，只要具备一定的电子基础知识和简单的手工技能，就可以轻松制作出功能强大的电磁铁。
希望以上介绍能够帮助到您，祝您制作电磁铁顺利！。
直流设计作业指导书
直流系统设计指导书思路：按照高频开关直流操作电源系统的构成进行设计编写，对在设计中的常用设备选型及方案做简单说明（依据规程DL－T5044-2004）。
电气设计部分高频开关直流操作电源系统是由：交流配电单元、高频开关整流模块、蓄电池组、硅堆降压单元、电池巡检装置、绝缘监测装置、集中监控等部分组成。
1、交流配电部分充电装置的交流输入回路装设交流断路器保护，并装设吸收浪涌电压的D级防雷器产品。
１、首先需要计算的是充电机交流输出开关及接触器型号的选择。
第一种选择方式遵循的是功率守恒定律。
计算公式如下：IｃxNxＵ均xµ=√3UIcosφ公式中Iｃ:充电机输出额定电流Ｎ：蓄电池个数Ｕ均：蓄电池均充电压（2V电池一般取2.35V,12V电池一般取14.1V）µ：1.05U：充电机输入交流三相相电压所允许的线电压的欠压值（根据不同的充电机取不同数值，英可瑞的充电机取320V）GB/T 12325-2008《电能质量供电电压偏差》中规定：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10％；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的土7％；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7％，-10％）。
实际中估计是不会达到这种电压值。
这个数值只是针对充电机保护做计算。
I：三相输入交流电源的线电流cosφ ---功率因数（一般取0.9）第二种选择方式：可按充电装置最大输入功率计算的额定电压下的1.25倍额定输入电流选择。
2、防雷器在做设计时选型按照地区要求与投标配置做即可。
2、高频开关整流模块（在设计方案中，我们所遇到的计算主要是充电模块的数量和额定电流的选择，以及蓄电池输出口的保护设备选择，故只对以下两点做详细介绍）1、充电装置的额定输出电流选择应满足下列条件：a) 有初充电要求的蓄电池，满足初充电时输出电流为 1.0 I10～1.25I10选择：Ir＝1.0 I10～1.25I10(A)b) 满足蓄电池浮充电时，输出电流为蓄电池自放电电流与经常负荷电流之和：Ir＝0.01I10＋I jc(A)c) 满足蓄电池均衡充电时，输出电流为蓄电池限流充电电流与经常负荷电流之和：Ir＝(1.0 I10～1.25I10)＋I jc(A)注：当蓄电池脱开直流母线进行均衡充电时，可不计入经常负荷电流。
第四章-直流电磁铁的运动特性和动作时间2
① 电的过渡过程↘ ② 机械运动过程↗
共同决定吸合 过程的规律
一、吸合过程电流变化规律
① Fd Ff
U iR d iR L di
dt
dt
δ不变，磁路不饱和
t
i IW (1 e T )
T L1 R
IW
U R
i按指数规律上升
一、吸合过程电流变化规律
② I 增加到Icd ，Fd Ff
衔铁开始运动,δ变化
T RR
f
但必须及时提高U，使IW不变，才能使tcd↓
五、加速线路
2、Rf ∥C与W串联
C在接通U时, U 0 C
C L 106 (f )
RRf
3、电压脉冲加速线路
从磁链不变角度来看：
K1断开前 K2断开后
1
2
I2
L L
L
I1
1 I1L
2 I2 (L L)
吸合延时电路
§4-4电磁铁的释放过程
② dFd dF f
d d
调节器，如炭片调压器 微小的电流变化即可得到足够大 的位移变化
③ dFd dF f
d d
开关电器类
2. 电磁铁的基本参数
① 吸合值 （IW）xh U xh I xh
使衔铁吸合的最小值
② 释放值 （IW）sf
U sf
I sf
使衔铁返回到初始位置的最大值
③ 返回系数
K fh
U iR d iR L di i dL
dt
dt dt
③ 运动结束 L2 W 2G2 对应吸合位置,
i 继续近指数上升
④ 吸合时间txh
接通电路始→衔铁运动结束止
t t ， t ，
xh
直流电磁铁设计计算表
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。
低压电器课程设计任务书(电子版)
低压电器课程设计任务书一、课程名称：直流接触器电磁铁设计二、直流电磁铁课程设计的目的：掌握直流电磁铁的结构，培养学生的计算能力、制图能力和计算机的操作能力。
三、设计原始数据（一）反力特性有关参数1、主触头：2、辅助触头：3、释放弹簧：（二）、线圈额定电压及其允许波动范围：（三）、线圈绝缘耐热等级及允许温升（四）、工作制：三、计算反力特性并确定设计点：(一)、计算工作气隙值；(二)、计算各位置反力，并作反力特性曲线；(三)、确定设计点，并计算设计点吸力；(四)、计算结构因数，并据此选择电磁铁的结构形式；(五)、初步设计：包括铁心半径、极靴半径和极靴高度的没计算；线圈磁势的计算；线圈高度和厚度的计算；线圈导线直径和匝数的计算；电磁铁其它结构尺寸的计算；画电磁铁结构草图。
四、电磁铁的性能验算：(一)、验算线圈电阻及磁势；(二)、验算线圈温升；(三)、计算气隙磁导；(四)、磁路计算；(五)、设计点吸力的计算；(六)、计算电磁铁的铜重、铁重及经济重量；五、计算机优化设计(一)、将设计步骤用程序编写出来；(二)、对设计点的数据进行优化设计；(三)、将其它气隙的数据用计算机算出；六、制图：(一)、电磁铁部件装配图；(二)、零件图：包括铁芯、极靴、衔铁及磁轭零件图；(三)、线圈部件图。
七、课程设计的手算结果与计算机优化设计结果的比较并分析原因八、参考资料目录：(一)、《低压电器设计手册》·机械工业出版社；(二)、《电器学》·贺湘琰·机械工业出版社；(三)、《电器制造工艺学》·孟庆龙·机械工业出版社；(四)、《机械零件设计手册》·(第二版)上册·东北工学院；(五)、《机械制图手册》·梁德华等；(六)、《BASIC语言程序设计》；（七）、低压电器及其测试技术·方鸿法·机械工业出版社等。
《直流电磁继电器作业设计方案-2023-2024学年高中通用技术粤科版》
《直流电磁继电器》作业设计方案第一课时一、设计背景直流电磁继电器是一种常用的电气元件，广泛应用于各种电气控制系统中。
它通过电磁吸引力来控制电路的通断，是电路中不行或缺的重要组成部分。
本次作业旨在通过设计一个直流电磁继电器的试验方案，让同砚深度了解电磁继电器的工作原理和应用。
二、设计目标1. 了解直流电磁继电器的基本结构和工作原理。
2. 精通直流电磁继电器的应用方法和注意事项。
3. 能够通过试验验证直流电磁继电器的工作特性。
4. 提高同砚的动手能力和试验设计能力。
三、设计内容1. 理论进修：同砚起首通过老师讲解和课本进修，了解直流电磁继电器的基本结构、工作原理和应用途景。
重点介绍电磁继电器的吸引和开释过程，以及控制电路的毗连方式。
2. 试验筹办：同砚在试验前需要筹办直流电源、直流电磁继电器、开关、导线等试验器械。
同时，要对试验进行安全评估，确保试验过程中不会发生意外。
3. 试验步骤：（1）毗连电路：同砚按照老师指导的电路毗连方式，将直流电源、直流电磁继电器和开关毗连起来。
（2）观察试验现象：同砚通过控制开关的通断，观察直流电磁继电器的工作状态，包括吸合和开释的过程。
（3）记录数据：同砚记录不同电压下直流电磁继电器的吸合时间和开释时间，并绘制相关的试验曲线。
（4）分析结果：同砚依据试验数据和曲线，分析直流电磁继电器的工作特性和参数，如响应时间、动作电压等。
4. 试验总结：同砚在试验结束后，进行试验总结，包括试验过程中遇到的问题、解决方法以及对试验结果的分析。
同时，同砚还可以对直流电磁继电器的应用进行谈论，拓展试验内容。
四、试验评估1. 试验报告：同砚需要撰写试验报告，包括试验目标、原理介绍、试验步骤、数据记录、结果分析和试验总结等内容。
2. 试验表现：同砚在试验过程中的表现和试验报告的质量将作为评估依据，评定同砚对直流电磁继电器的理解和应用能力。
五、拓展延伸1. 试验方案可以进一步扩展，引入直流电磁继电器在电路中的应用，如控制电机启停、灯光控制等。
直流电磁铁设计
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（T）1、均匀磁场B=S2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A）NI（A/m），建立了电流和磁场的关系。
3、磁场强度H=L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 =0μμ 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 。
8、磁效率面积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。
苏教版(2019) 选择性必修1 课时2 直流电磁继电器的构造、规格和工作原理 课件
变式训练1 如图所示的某电磁继电器接线图，其
中常闭触点的是( C )
A.①②
B.③④
C.③⑤
D.⑦⑨
解析 ①②是线圈；③⑤、④⑥是常闭触点；⑦⑨、⑧⑩是常开触点。故选C。
索引
重难点2 直流电磁继电器的参数识读 1. 6脚(5脚)继电器的识读
索引
2. 8脚继电器的识读
索引
例 2 某电磁继电器外壳标注的参数如图所示，下列说法中，错．误．的是( D )
索引
(6)封装识读
型号：HK19F－DC24V－5HG 额定工作电压：直流流 24 V 交流：1 A 125 V 直流：2 A 30 V
索引
4.干簧继电器 由线圈和干簧管组成，是用电磁线圈来控制其开关动作的。
索引
任务二 使用直流电磁继电器设计控制系统
检测 触点 电阻
检测 线圈 电阻
用多用电表的电阻挡测量常闭触点与动触点电阻， 其阻值应为零；而常开触点与动触点的阻值应为无 穷大 电磁继电器线圈的阻值一般为几十或几百欧姆。额 定电压低的电磁继电器线圈的阻值较低，额定电压 高的电磁继电器线圈的阻值较高。如果测得电磁继 电器两只引脚之间的电阻为几十或几百欧姆，则可 以判断这两只引脚连接的是线圈
索引
变式训练3 如图所示是水箱水位控制系统的电路图，下列有关核电路的说法正确
的是( A )
A.二极管V2的作用是保护三极管V1，防止V1被击穿 B.用电磁继电器控制电路的主要目的是节约用电 C.当水箱水位在两个探头之间时，水泵可能不抽水 D.水位上升过程中，三极管V1由饱和变为放大状态，最后截止 解析 B中电磁继电器的作用是考虑安全的需要，不是为了省电；C当水箱水 位在两个探头号之间时，三极管基极是高电位，水泵工作；D三极管只有导通 和截止两个状态。A二极管V2的作用是保护三极管V1是对的，具体原理可看 “难点3”的介绍。
《直流电磁继电器作业设计方案》
《直流电磁继电器》作业设计方案第一课时一、设计方案背景直流电磁继电器是电气控制系统中常用的重要元件，广泛应用于各种电力系统、自动控制系统和信号系统中。
通过控制继电器的通断状态，可以实现对电路的开关、保卫、调整和控制等功能。
因此，对直流电磁继电器的工作原理和性能进行深度的进修和精通，对于提高电气工程技术人员的实践能力和综合素养具有重要意义。
二、设计目标本作业设计旨在援助同砚深度理解直流电磁继电器的原理和工作特性，精通其在电路中的应用方法和调试技巧，培育同砚的动手能力和解决实际问题的能力。
三、设计内容1. 理论知识部分：(1) 直流电磁继电器的结构与工作原理(2) 直流电磁继电器的分类及特点(3) 直流电磁继电器在电路中的应用及调试方法(4) 直流电磁继电器的性能指标及选型原则2. 试验操作部分：(1) 制作直流电磁继电器电路试验装置(2) 调试直流电磁继电器电路，观察其工作状态(3) 测试直流电磁继电器的性能指标，如吸合时间、开释时间、接触电阻等3. 试验报告部分：(1) 总结试验过程中遇到的问题及解决方法(2) 分析试验数据，比较不同条件下直流电磁继电器的性能差别(3) 提出改进方案，提高直流电磁继电器的工作效率和稳定性四、设计流程1. 同砚自主进修直流电磁继电器相关知识，包括教材、进修资料和网络资源。
2. 同砚依据设计要求，筹办试验所需器械和材料，制作直流电磁继电器电路试验装置。
3. 同砚进行试验操作，调试直流电磁继电器电路，记录试验数据。
4. 同砚撰写试验报告，包括试验目标、原理分析、试验步骤、试验数据、结果分析和结论等内容。
5. 同砚进行试验结果展示和谈论，分享试验心得和体会，互相进修与沟通。
五、设计效果通过本作业设计，同砚将深度了解直流电磁继电器的工作原理和性能特点，精通其在电路中的应用方法和调试技巧，提高实践操作能力和问题解决能力，培育团队合作精神和创新认识，全面提高同砚的电气工程技术水平宁综合素养。
直流电磁铁设计
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（T）1、均匀磁场B=S2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A）NI（A/m），建立了电流和磁场的关系。
3、磁场强度H=L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 =0μμ 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 。
8、磁效率面积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。
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编著2014年12月8日第一部分手工计算一、计算反力特性（一）、计算工作气隙值：1、衔铁打开（即主触头打开，称a点）位置的工作气隙δa:δa = （β1+γ1）⨯Kg 12、动断辅助（桥式）触头断开（称b点）时的工作气隙δb：δb = δa－γ2 ⨯Kg 23、主触头刚接触（闭合，称c点）时的工作气隙值δc：δc = γ1 ⨯Kg 14、动合辅助触头刚接触（闭合，称d点）时的工作气隙δd：δd = γ2 ⨯Kg 25、衔铁完全闭合位置（称e点）时的工作气隙δe：取δe = 0.1mm；其中镀锌层厚度δ镀层= 2⨯12⨯10-6m = 24⨯10-6m；（二）、计算各位置反力，并作反力特性曲线（如图1.1所示）：图1.1 反力特性曲线1. 释放弹簧折算反力F fl 的特性曲线F fl 实质是将释放弹簧初始反力Fs 0折算到铁芯中心线后的释放弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从a 点到e 点。
○1 δ= δa : F f1a = 3Kg Fso○2 δ= δe : F f1e = [ Fso + 3)(C Kg e a s δδ-⨯ ] 31Kg ⨯○3 F f1b 、F f1e 、F f1d 的反力则由F f1a 和F f1e 的连线，按比例（或相似三角形）求出；2. 主触头刚接触（闭合）时的折算反力F f 2特性曲线F f 2实质是将所有主触头的弹簧初始反力F 2O 和F 2Z 折算到铁芯中心线后的弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从o 点到c 点 。
○1 δ= δc : F f 2C = 1101F n Kg ⨯ ○2 δ= δe : F f 2e = 1Z 11Kg F n ⨯ ○3 F f 2d 的反力由 F f 2c 和 F f 2e 的连线按比例（或相似三角形）求出； 3、动合辅助触头折算反力F f 3 特性曲线F f 3 实质是将所有动合辅助触头的弹簧初始反力 F 2O 和F 2Z 折算到铁芯中心线后的弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从d 点到e 点。
○1 δ= δd : F f 3d =2202F n Kg ⨯○2 δ= δe : F f 3e = 2Z22Kg F n ⨯4、动断辅助触头折算反力 F f 4 反力特性曲线F f 4实质是将所有动断辅助触头的弹簧初始反力F 20和F 2Z 折算到铁芯中心线后的弹簧反力，它不是“正”反力，而是“负”反力，其特性曲线是一条直线，从a 点到b 点。
○1 δ= δa : F f 1a = 223n Kg F Z⨯- ○2 δ= δb : F f 4b = 223n Kg F O ⨯-5、将F f 1 = f (δ)、F f 2 = f (δ)、F f 3 = f (δ)、F f 4 = f (δ) 代数相加，绘出反力特性曲线F f = f (δ) （如图二所示）图 1.2 总反力特性曲线F f a ：主触头断开时的反力合力； F f e ：衔铁闭合后的反力合力； F f b ：动断辅助触头断开后的反力合力； F ’f b ：动断辅助触头断开前的反力合力； F f c ：主触头接触后的反力合力； F ’f c ：主触头接触前的反力合力； F f d ：动合辅助触头接触后的反力合力； F ’f d ：动合辅助触头接触前的反力合力；（三）、确定设计点、并计算设计点吸力F 0：1、将拟定功（ F f a δ⨯ a ）、（ F f b δ⨯ b ）、（ F f c δ⨯ c ）、（ F f d δ⨯ d ）、（ F f e δ⨯ e ）求出，其中乘积最大者的点即为设计点，此点的气隙值即为设计点的气隙值；2、F 0 = K 0 ⨯ F f 0 ( 式中 K 0 ：安全系数；查《电器原理与产品》，按“接触器”选择 )；3、在本纸（说明书）大小的坐标纸上，画出吸力－反力特性曲线。
（四）、选择电磁铁的结构形式 1、计算结构因数 K j ：K j =00F δ注意：F 0的单位是N ；δ0的单位是cm ； 2、查《低压电器》，确定电磁铁的结构形式。
（五）、初步设计：1、求r c 、r p 和h p ：电磁铁的极靴结构示意图如图1.3所示。
○1 r c =δB p 10F 870⨯⨯⨯－○2 r p = p ⨯ r c○3 hp ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-⨯≥2c )p 1(12r ，其中极靴系数p = c p r r ，同时hp ≥3mm ；图 1.3 电磁铁的极靴结构示意图2、计算电压下限的磁势()1 IN 及额定电压的磁势IN ： ○1 电压下限的磁势()1 IN ：()1 IN = K 10B μδδ⨯⨯式中，B δ：磁感应强度，查《电器原理与产品》：当δ0 = δa 时，系数K 1 = 1.2 ~ 1.55，且尽量取大；δ0 =δc 时，系数K 1 = 1.5 ~ 2.5； ○2 额定电压的磁势IN ：IN = ()1IN 下限UUn⨯3、计算线圈的高度h 及厚度∆：h 及∆接线圈内外表面散热系数不同计算；如为反复短时工作制时要乘Q T 。
○1 线圈的高度hh =ωτρτρ⨯⨯⨯++⨯⨯⨯+⨯⨯⨯c 2100r n )K 2n 1(K Ktc 2)1n ()IN ( QT ℃（表面综合散热系数） （单位：℃）○2线圈的厚度∆：∆= 2n r c ⨯⨯其中，线圈厚度比值系数n=0.54、按电压线圈计算导线的线径d 和导线匝数N ： ○1 导线的线径d ：d =Un)IN ()r C ( 4c 100⨯+⨯⨯℃ρ其中，C = r c + ∆+∆C1 ；然后根据计算结果，比较标准线径值，进行圆整（最接近的值）；[ 附“标准线径”：0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.23、0.25、0.28、0.31、0.33、0.35、0.38、0.42、0.45、0.47、0.5（mm ）]○2 导线匝数N ：N = 2dh Ktc 4⨯∆⨯⨯⨯π 其中，d 要取标准线径：5、计算电磁铁的其他结构尺寸： ○1 线圈内径D C1和外径D C 2： D C1 =2 ⨯ r c + 2 ⨯∆C1D C 2 = D C 1 + 2 ⨯∆其中，∆C1：铁芯与线圈内径的空隙（作用时保护线圈内层绝缘及出入灵活），∆C1 = 0.5 ~ 1mm; ∆：线圈厚度，mm ；○2铁心长度Lc：如图1.4所示。
Lc = h －２⨯∆C4 －∆h其中，∆h 是非磁性垫片的厚度，∆h = 0.2mm；∆C4 是绝缘垫圈厚度，∆C4 = 0 ~ 3 mm，∆C2 是磁轭宽度比线圈外径多出的部分，∆C2 = 0 ~ 5 mm，∆C3≥ 5 mm。
图1.4 电磁铁的铁心结构示意图○3磁轭尺度：I 磁轭截面积Se ：π×r c 2Se = K E ×其中K E = 1 ~ 2 ；K E 越小越好；Ⅱ磁轭宽度be ：be = D C2 + 2 ×∆C2III 磁轭厚度a e ：a e =beSe IV 磁轭高度he ：he = Lc +∆h + hpⅤ 磁轭底部的长度Le ： 先算R ：R = 2D C2+ ∆C3 + a e再算Le ：Le = R + 2D C2+ ∆C2要求：∆C3 ≥ r c ； r c ≥2a e○4 衔铁尺寸：Ⅰ 衔铁截面积Sx ：Sx = Kx ×π× r c 2式中 Kx = 0.5 ~ 0.8；Kx 越小越好； Ⅱ 衔铁宽度bx ：bx = beIII 衔铁厚度a x ：a x =bxSxIV 磁轭底部的长度Lx （如图五所示）：Lx ≥（r p + R ）+ δa ×Rr R p+ + hp图 1.5 电磁铁的铁心结构示意图6、参考《电器原理与产品》，在说明书上按比例画一个直流接触器电磁铁的结构草图（一个主视图，一个左视图，含六角螺钉）。
（六）、电磁铁的性能验算： 1、验算线圈电阻及磁势：○1、线圈冷电阻R 20℃ ： R 20℃ = 220d4NLpj ⨯⨯⨯πρ℃ 式中，d 为标准线径；Lpj 为平均匝长，Lpj = 2π×（D C1+D C2）；ρ20℃：查《电器学》。
○2、线圈热电阻R 110℃：℃℃℃℃2011020110R R ρρ=式中，ρ110℃ 查《电器原理与产品》 ○3、电压下限时的磁势1 )IN (（由于d 取的标准线径，故此值与计算结果可能不同）：1 )IN (=N R U 110⨯℃下限（N ：匝数） ○4、额定电压下的磁势IN ： IN = 1 )IN (×下限U U N2、验算线圈温升： ○1、计算线圈功率P ：P =℃110N R U 2○2、计算线圈稳定温升ωτ：ωτ= A K Q P T T⨯⨯ 单位：℃其中，A ：散热面积，A =h )D K D (C2C1⨯+⨯⨯βπ，而K β值查《电器原理与产品》；K T ：线圈表面综合散热系数。
温升合格判定：ωτ≤允许温升，温升合格；否则，需重算！3、计算气隙磁导：当设计的气隙为a 点或c 点时，故需要用分割磁场法计算设计点δ的气隙磁导，具体参看《电器学》，式中的m = 3。
（1）、工作气隙磁导δλ的计算：○1、圆柱体公式，先计算θ，再计算Ⅰδ、Ⅱδ、Ⅲδ；θ = Rδ （弧度）⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⨯+=+⨯==⨯-=⨯=θδδδδθδδ)r R (R r R )r R (R r R p p0p p ⅡⅢⅡⅡⅠ－ ○2、说明：式中r 值，当有极靴时，r = r p ；当无极靴时，r = r c 。
（2）、棱角气隙磁导λa （由于棱角表面有镀层而产生），图1.6是棱角气隙放大示意图。
120R R Ln be a ⨯⨯=θμλ 其中R 1、R 2未知；1akR =tg δθ，即 θδtg =R ak1其中，δak = 2×δ镀层 + δ不平，而δ镀层 = 12×10－６ｍδ不平 = 0.05mm = 50×10－５ｍ；另外，R 2 = R 1 + a e图 1.6 棱角气隙放大示意图○3、非工作气隙磁导1h λ和2h λ： （1）极靴与铁芯之间的非工作气隙磁导1h λ：1h λ=102h cr δπμ⨯⨯其中，δh1 =∆h + 2 ×δ镀层 +δ不平（2）因镀层产生的铁芯与铁轭之间的非工作气隙磁导2h λ：2h λ=202h cr δπμ⨯⨯式中，δh2 = 2 ×δ镀层 +δ不平，其中δ不平 = 50×10－６ｍ○4、铁芯单位长度漏磁导c λ（如图1.7所示）：)r (2cc2c 20γμπλ-+⨯=Y Y Ln式中，Y = R －a e 。