直流电磁铁设计

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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）

S

2、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='-

#0

5、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。

qv

7、 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=-A

A0

A :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= —

A0

G=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K®

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这个判据。

K® =—

6

Q-初始吸力（kg）

S -气隙长度（cm）

Q正比于电磁铁的横截面；S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。

12、电磁铁工作的过渡过程

吸合时间

电磁铁吸合动态曲线

接通电源后，电磁铁从网络吸收能量，这个能量部分变成线圈的发热消耗，另一部分用来建立磁场，当电流达到稳定值后，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二CG T +卩S T dt

式中：Pdt供给以热体的功率和时间

CGd T -提高电磁铁本身温度的热量。C-发热体比热G-发热体质量d T -在dt时间内电磁铁较以前升高的温度。

卩S T dt-发散到周围介质中的热量。卩-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+卩S T dt=卩S T dt，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

发热时间常T y=发热体从T =0发热到温升0.632 T y时所需时间。4 T 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T y （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/mr r t

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T y。工作停止后，产品的温度又降到周围介质温度。短期工作制CG T （产品本身热容）是主要的方面。

短期工作制电流密度按13〜30A/r r2。

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T y,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/rr2

14、漆包线等的耐温等级

Y: 90C A;105C Q

E: 120C QQ QA QH

B: 130C QZ云母石棉F: 155C QZY

H: 180C

C:> 180C 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