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

?（TB=） 1、均匀磁场S2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A）NI（A/m），H=建立了电流和磁场的关系。 3、磁场强度L该公式适用于粗细均匀的磁路

B建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。 4、磁导率=?

H?-7 = 10相对磁导率享/米×=4 π??r0?0NIΦ5、磁

通=R M l =R磁阻M s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。．

F，磁感应强度与力的关系。6、磁感应强度的定义式B=qv7、真空中无限长螺线管B=μnI。对于长螺线管，端面处的01 nI。B=μ0ψ

2 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

A =K1A0A：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

G = K2A0G=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 φ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。J．

Q =Kφ 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。

12、电磁铁工作的过渡过程

完成吸

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

）热平衡公式1（．

热平衡公式：Pdt=CGdτ+μsτdt

式中：Pdt供给以热体的功率和时间

CGdτ-提高电磁铁本身温度的热量。C-发热体比热

G-发热体质量 dτ-在dt时间内电磁铁较以前升高的温度。

μsτdt-发散到周围介质中的热量。μ-散热系数。S-散热面积。τ-电磁铁超过周围介质的温度。

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τ。当τ小于容许温升，产品运行是可靠的。当τ大于容许温升，www产品是不可靠的。

（2）发热时间常数

发热时间常τ=发热体从τ=0 发热到温升0.632τ时所需时yyτ间。

4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τ（产品温度不再升高）。工作停y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。

2。～长期工作制电流密度可按24A/mm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τ。工作停止后,产品的温度又降到周围y介质温度。短期工作制CGdτ（产品本身热容）是主要的方面。

2。～30A/mm短期工作制电流密度按13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τ停止时产品降不到周围介质温度。，y2～12A/mm重复短量工作制电流密度按514、漆包线等的耐温等级

Y：90℃ A；105℃ Q

E：120℃ QQ QA QH

B：130℃ QZ 云母石棉

F：155℃ QZY

H：180℃

C：＞180℃ QY QXY

辅助材料的耐热等级

B级聚酯薄膜

聚四氟乙烯薄膜级C．

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。

三、一个简单电磁铁产品的结构图

四、电磁铁的结构形式