直流电磁铁设计
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。
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：0.82.2FK 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：222500050000.852000n p S F cm B ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭极靴直径为：4452.523.14nn S d cm π⨯=== 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 。
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
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
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。
一种小型直流电磁铁的结构设计
２ 结 构 设 计
本文要 设计 的 电磁 铁 （ 下 称 为 × ×电 磁 铁 ） 以
在结构上主要 由底座 、 端盖 、 线圈组件 、 铁心部分、 传
动轴 、 控制 部分 组 成 。底 座 和铁 心 是构 成 磁 回路 的
主要 部分 。 ２ １ 电磁铁 结构 形式 的选择 ．
电磁 铁 结 构 。 ２ ２ 磁 极形 状的选 择 ． 同一类 型 的电磁 铁 ， 取 不 同 的磁 极 形状 也 可 采
Ｎｒ ；ｅ 为铁 心半径 ， Ｂ 为工作气 隙磁通密度 ， ； ｍ； Ｔ
。
为 真 空 中 的磁 导 率 ， ０＝１２ ７×１ ．５ ０～Ｈ ｍ； ／ Ｊ ｉ ｝
为 螺 管 力 系 数 ， 于 长 行 程 电 磁 铁 可 取 矗 ＝０ ３ 对 ．
～
０． ６。
电磁铁产生的吸力 Ｆ为一确定值 ， 工作气隙磁
通密 度 可通 过 查 表 得 到 ， 由于 工 作 行程 比较 长 ， 值 以可 以取小些 ， 由上式 可 以求得 铁 心半径 通
过计算及多次试验验证 ， 最后确定铁心半径。
２ ４ 线 圈 的设 计 ．
获得 不同 的吸力 特性 （ 吸力 特性 是 指 电磁 铁产 生 的
吸力 和行程 的 关 系 曲线 ） 图 ２为 不 同磁 极 形 状 的 ，
××电磁铁要求体积小 ， 初始吸力大 ， 工作电流
小 。为满 足用 户 的使 用要 求 ， 们 在 开 始设 计 线 圈 我
直流螺管式电磁铁的吸力特性 ， 曲线 １为磁极端面
为平面 的吸力 特性 ， 曲线 ２为磁 极 端 面 为 圆锥 面 的 吸力 挣 』 圆锥 形 磁极 在 大 气 隙时 ， 气 隙 磁 导值 生。 其 比平 面端 面的大 ， 当线 圈安 匝一定 时 ， 吸力也 比较 其
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
直流电磁铁线圈匝数设计计算表摘要：一、引言1.1 背景介绍1.2 直流电磁铁的构成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 磁场强度与导磁率的关系2.2 线圈匝数、电流和磁场强度的关系2.3 线圈材料选择2.4 线圈长度与匝数的关系2.5 线圈缠绕方向对磁性的影响三、线圈匝数设计步骤3.1 确定出力、行程、操作频率、工作电压等指标3.2 选择技术标准、铁磁材料和材料等级3.3 计算单位长度线圈匝数3.4 选择线圈缠绕层数3.5 确定线圈全长3.6 计算电磁铁长及直径四、直流电磁铁线圈匝数设计案例分析4.1 案例背景4.2 案例参数4.3 线圈匝数计算过程4.4 设计结果与分析五、结论5.1 线圈匝数计算对直流电磁铁性能的影响5.2 线圈匝数设计的注意事项5.3 对未来发展的展望正文：一、引言1.1 背景介绍直流电磁铁是一种将直流电能转化为磁场能的装置，其核心部分是线圈。
线圈匝数的设计直接影响到电磁铁的磁场强度、工作性能等方面，因此线圈匝数的计算是电磁铁设计中的重要环节。
1.2 直流电磁铁的构成直流电磁铁主要由线圈、铁芯和外壳组成。
线圈是电磁铁的核心部分，负责产生磁场；铁芯则负责承载磁场，增强磁效应；外壳主要用于保护内部元件和固定电磁铁。
1.3 线圈匝数计算的重要性线圈匝数的计算直接影响到直流电磁铁的磁场强度、工作性能等方面。
合理的线圈匝数设计可以提高电磁铁的工作效率、减小能耗、提高电磁铁的使用寿命。
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关系，即磁场强度= 导磁率× 电流。
2.2 线圈匝数、电流和磁场强度的关系线圈匝数、电流和磁场强度之间的关系可以表示为：磁场强度=匝数× 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、导磁率等性能，因此需要根据实际需求选择合适的材料。
常见的线圈材料有铜、铝等。
2.4 线圈长度与匝数的关系线圈长度与匝数成正比关系，即线圈长度= 匝数× 单位长度。
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
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。
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。
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
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。
08-3-29 直流电磁铁设计指导书 电子版
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。
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。
直流电磁铁线圈匝数设计计算表
直流电磁铁线圈匝数设计计算表直流电磁铁线圈匝数设计计算表是电磁铁设计中至关重要的环节。
电磁铁线圈的匝数直接影响着电磁铁的吸力、功耗和尺寸等重要性能指标。
因此，合理地选择和计算线圈匝数对于提高电磁铁的整体性能至关重要。
在设计直流电磁铁线圈时，我们需要根据电磁铁的用途、工作环境以及性能要求来确定线圈的匝数。
计算匝数的方法主要包括以下几个步骤：1.确定电磁铁的吸力需求。
根据实际应用场景，计算出电磁铁需要产生的吸力。
一般来说，吸力与线圈匝数成正比关系。
在设计计算表时，应充分考虑这一点。
2.选择合适的线圈材料和尺寸。
线圈的材质、直径、长度等参数都会影响到电磁铁的性能。
在计算匝数时，需要结合线圈的尺寸和材料特性进行综合考虑。
3.计算线圈电阻。
线圈的电阻直接影响到电磁铁的功耗。
在设计计算表时，应根据线圈的材质、直径和长度计算其电阻值。
4.计算线圈电流。
根据电磁铁的吸力需求和线圈电阻，可以计算出线圈的工作电流。
需要注意的是，电流过大可能导致线圈过热，因此要合理选择电流值。
5.考虑线圈的散热条件。
线圈在运行过程中会产生热量，良好的散热条件有助于延长线圈的使用寿命。
在设计计算表时，要充分考虑线圈的散热条件，以确保其在高温环境下的稳定性。
6.校核线圈的磁性。
线圈的匝数和磁性会影响到电磁铁的磁力线分布，进而影响到吸力性能。
在设计计算表时，要通过校核线圈的磁性来确保其性能满足要求。
总之，直流电磁铁线圈匝数设计计算表是一个实用且便捷的设计工具。
通过合理地选择和计算线圈匝数，可以有效提高电磁铁的整体性能。
然而，需要注意的是，计算表仅作为一种参考，实际设计过程中还需根据具体情况进行调整。
直流电磁铁设计
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=（T）2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A）3、磁场强度H=（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=建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。
0=4π×10-7享/米相对磁导率r=5、磁通Φ=磁阻R M=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=，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=μ0nI。
8、磁效率当电磁铁接上电源，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K1=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=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Kφ每一类型的电磁铁，都有一定的吸力和行程。
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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。
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® =—6Q-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/rr214、漆包线等的耐温等级Y: 90C A;105C QE: 120C QQ QA QHB: 130C QZ云母石棉F: 155C QZYH: 180CC:> 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5的平方成反比。
2、交流磁链® （磁通©与线圈的一些匝数相交链®二N© ）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、交流电磁铁比较重，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、电磁铁的结构形式盘式E犁转动式电磁铁的最优设计，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-60C〜+50C，而耐热的结构应达到+125C。
(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亠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= g S( N)式中：S—磁极总面积(m 2)E 5—气隙磁感应强度(T)(2) F=- (IN) X 10-6( N)2式中：S和5的单位为cm和cm2(3) 吸力和气隙的关系IN2IN35F=f （5 ）曲线IN1>IN2>IN3六、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「C）4、工作制：长期工作制T =1 ;短时工作制TV 1;重复短时工作制T V I。
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。
（二八计算1、按公式K ° =旦计算结构系数2、根据计算出的结构系数值，按表1确定导磁体类型表1电磁铁类型K ©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 $和比值一」=L（线圈的长高比）R2 - R1 h图I 〃吸入式?| ；头台座＞iL磁饮的皿it碣沌蜜皮与綫同Rd •的血級£斤表2mi.8吸人式雜形台朋（U =45°）电磁铁的蚁优 議迪密茨9紳園尺寸的曲瀝^S T .為讯"2公疔•庶於 丄r J la 為询n 厂讥一 「•"图1・9吸入式錐JK'&jffi a=GOJ 电磁鉄的泉优;谥迫密度与嵌圍尺寸W 側綬MOA颔gww3DOOM M 逊0 沁OA Q.20J 购"0,7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 一 =L（线圈子的长高比，也叫窗口尺寸），女口 R2 -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盘式和拍合式电磁铁最优磁通密度曲线（三八初算2 2根据电磁吸力公式Q H =n 邑乌（公斤）（1）50002 式中B s -气隙中的磁通密度（高）W1U1y 5 7 6 50 ■JJ 斤公 i"■iRIlJ - +阳一二I noftv 0?{?0 8皿皿加仙佗力仏92由（1）式得 R i =5°°°2Q H（cm ）V B 盯1、 盘式和吸入式平头电磁铁的衔铁半径可直接用2、 吸入式锥台座电磁铁吸力Q=行程 8 = 8 H COS a 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 C R C =R1 B二:B CT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。
(T =1.3 〜3（2）2）式计式中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）式计拍合式电磁铁的铁心和衔铁4、线圈的总磁动势方程巳=-k ct0.4兀k ct =1.2 〜1.55试验表明，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%，则材料选择最经济。
F z =F § +F CT +F ©式中：F s -气隙中的磁动势FCT-导磁体中的磁动势F© -非工作气隙中的磁动势5、确定线圈的长度和高度(1) 长度| =3 5 W 10 'L K= 3 ------2KJ入式中：P e -漆包线的电阻率F-总磁势T -工作制系数K-散热系数e y-温升f K-填充系数表7 命填充系数表8 K-散热系数打瓦/厘肿9S1.14敬热系数与溫升的关亲曲綫。