电磁铁设计计算书

电磁铁设计计算书 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

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：

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： 极靴直径为：

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： 铁芯直径为：

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： 计算中，可取：

这里a=~,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~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： 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： 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=； iii)无骨架时，m η=~1；

iv)线圈直接绕在铁芯上时，m η=。 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

3) 线圈消耗的功率可表示为： 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：

这里取m η=1，则： 代入线圈温升公式，得： 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：

故： 则：

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2

cm 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： 选取线圈高厚比：

当温升θ=65℃，工作温度=65℃+40℃=105℃，则电阻系数： 取填充系数： 则线圈厚度为：

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： 这里： 则： 这里： 故：

查线规表，其邻近的直径为d=，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=mm 2

线圈的匝数为：

()2

41095

4

201003.14 2.70.16

NI N jd π⨯==

=⨯⨯(匝)