电磁铁的设计与计算共61页文档
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。
电器课程设计--交流电磁铁的设计
电器课程设计–交流电磁铁的设计引言交流电磁铁是一种常见的电器元件，其用途广泛，包括电磁继电器、电动机等。
在本文档中，我们将介绍交流电磁铁的设计原理和步骤，并提供一些实用的设计指南。
设计原理交流电磁铁的工作原理是利用电流通过线圈产生的磁场来吸引磁性材料。
在正弦交流电流作用下，电流方向会不断变化，从而产生交变磁场，使磁铁产生吸力或推力。
交流电磁铁主要由线圈和铁芯组成。
线圈通电后，会在铁芯中产生磁场，铁芯的吸力或推力取决于线圈中的电流和铁芯的磁导率。
因此，设计交流电磁铁需要确定线圈的参数和铁芯的材料。
设计步骤步骤一：确定工作要求在设计交流电磁铁之前，首先需要明确其工作要求。
例如，要求电磁铁的吸力多大，工作频率是多少等。
根据工作要求，确定电磁铁的设计参数。
步骤二：计算线圈参数线圈是交流电磁铁的核心组成部分，其参数需要根据工作要求来计算。
首先，根据工作电压和电流来确定线圈的电阻和电感。
然后，根据所需磁场的强度和线圈的尺寸，计算线圈的匝数和截面积。
最后，根据线圈的材料特性，计算线圈的长度和直径。
步骤三：选择铁芯材料铁芯是交流电磁铁的另一个关键组成部分，其材料需要具有良好的导磁性能。
常用的铁芯材料包括硅钢片和铁氧体。
根据工作频率和工作要求，选择合适的铁芯材料。
步骤四：设计磁路设计合理的磁路是实现交流电磁铁设计要求的关键。
根据铁芯的形状和线圈的位置，确定磁路的结构和长度。
优化磁路设计可以提高交流电磁铁的性能。
步骤五：进行电磁仿真和验证在设计交流电磁铁完成后，可以通过电磁仿真软件对其进行仿真分析。
通过仿真，可以评估电磁铁的性能，优化设计参数。
同时，需要对设计的电磁铁进行实验验证，确保其符合工作要求。
设计指南在设计交流电磁铁时，以下几点是需要特别注意的：•安全性：交流电磁铁工作时会产生较大的磁场和吸力，需要采取相应的安全措施，以防止意外事故发生。
•热量排放：交流电磁铁在工作过程中会产生热量，需要考虑散热问题，以保证电磁铁的稳定工作。
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 。
电磁铁的设计计算
电磁铁的设计计算一. 电磁铁的吸力计算1. 曳引机的静转矩T=[（1-φ）Q ·g ·D/（2i ）]×10-3式中：φ-------对重系数（0.4-0.5）g---------重力加速度 9.8m/s 2i----------曳引比Q---------额定负载 kgD--------曳引轮直径 mmT=[（1-Text1(3)）×Text1(0) ×9.8×Text1(1)/（2×Text1(2)）]×10-3 = Text1(16) Nm2. 制动力矩 取安全系数S=1.75-2 取S= Text1(5)Mz=S ·T= Text1(5)×Text1(16)= Text1(6) Nm3. 电磁铁的额定开闸力u--------摩擦系数 0.4-0.5,取0.45；Dz------制动轮直径 Dz= Text1(8)mmF N = )321(1031L L L uD L M Z Z ++⨯ = Text1(6)×Text1(11)×103/(Text1(7)×Text1(6)×Text1(9))= Text1(12)NL1，L2，L3所示详见右图4. 电磁铁的过载能力F1----电磁铁的最大吸力；5. 所需电磁铁的最大吸力F1=1.5F N =1.5×Text1(12)= Text1(13)N6. 电磁铁的额定功率1021F P == Text1(14) W7. 电磁铁的额定工作电压，设计给定U N =110 V8. 额定工作电流NN U P I == Text2(13) A 9. 导线直径的确定 （电密 J=5—6 A/mm 2 ） J= Text2(1) A/mm 2 裸线 JI d N π4'0== Text2(12) mm 绝缘后导线直径 d ’ = Text2(6) mm 10. 衔铁的直径（气隙磁密 B δ=0.9-1T ）取B δ= Text2(2) Tπδ215B F d X = = Text2(3)mm取 d X = Text2(7) mm(结构调整)11. 电磁铁的最大行程计算长度1312F =δ = Text2(4)mm 12. 电磁铁线圈匝数初值（后期计算的匝数必须大于初值） W1=31020⨯Id F X πδ = Text2(5)匝二. 线圈的结构设计1. 线圈厚度b k ，高度为L k线圈结构比43-==k k b L β 取 β= Text2(8) 线圈厚度b k =β1'W d = Text2(10)mm高度k k b L ∙=β=Text2(9)mm 2. 电磁铁窗口尺寸确定b=5b k /4= Text3(4) mmL D1=5L k /4= Text3(5) mm3. 吸盘长度L2=2 L D1/5= Text3(0) mm4. 线圈中径D m = d x +2c+b= Text2(7)+2×Text3(7)+ Text3(4)= Text3(6) mm5. 根据结构确定线圈匝数Nm Z I D d U W 410320∙∙∙=ρ= Text3(1) 匝 ρ-----电阻率 取Text3(11)×10-26. 匝数初值确定误差计算%1001]12[⨯-W W W = Text3(2)% 若初值匝数与结构匝数>3% 应调整结构重新计算 1-6项，即调整中径D m （应<3%，目的是保证电磁铁的功率）7. 线圈匝数额定值221W W W N +== Text3(3)（匝） 8. 核算线圈槽满率 )21)(2(2'c L c b W d A N F --∙== Text3(9) % (应 ≤85%) 按计入填充系数1d t f L b J f W I A ∙∙∙∙== Text3(10)% （应≤75%） f t =0.5-0.57 (通过实验调整总结经验)9. 根据结构确定电磁铁的行程（或按标准确定）δN = Text3(12) （注δN < δ）10. 标准工作行程的电磁力= Text3(8) N (F 应F1)11. 结构设计具体的图纸设计12. 线圈电阻320104-⨯∙∙=d WD R m ρ= Text4(4) Ω 13. 电磁铁的实际功率损耗RU P G 2= = Text4(0)W 14. 电磁铁的温升计算SP G ∙=ατTD S=S1+ηm ·S2α-------线圈的散热系数65°时α=12.04×10-4 W/cm 270°时α=12.25×10-4 W/cm 280°时α=12.68×10-4 W/cm 2 （通常按80度计算）S1------线圈的外表面积S1= π·D1·L d = Text4(1) cm 2S2------线圈的内表面积S2=L D m ∙∙∙2πη= Text4(2) cm 2ηm -----散热系数，含金属骨架，ηm =1.7无骨架， ηm =0.9-1直接绕在铁芯上，ηm =2.4τ------线圈温升TD---- 通电率 40%（升降电梯），自动扶梯取100%=∙=TD SP G ατ Text4(5) 15. 电磁铁的最低启动电压，电磁力计算按标准最低启动电压 U 80 =80%U N = Text4(7) V线圈电流 RU I 80== Text4(6)A 16. 80%的U N 电磁吸力= Text4(9)NF 80 > F N 满足要求17. 温升变化后，电磁力计算线圈温升为90°C 时,电阻率ρ（90°C ）=2.236×10-2Ωmm 2/m 320104-⨯∙∙=d WD R m t t ρ= Text4(10)Ω 电流tt R U I == Text4(11)A 7222104)(28.6-⨯∙∙=δπX t t d W I F = Text4(8)N F t > F N 满足要求。
电磁铁的设计计算
电磁铁的设计计算一.电磁铁的吸力计算1.曳引机的静转矩T=[（1-φ）Q·g·D/（2i）]×10-3式中：φ-------对重系数（0.4-0.5）g---------重力加速度9.8m/s2i----------曳引比Q---------额定负载kgD--------曳引轮直径mmT=[（1-Text1(3)）×Text1(0) ×9.8×Text1(1)/（2×Text1(2)）]×10-3= Text1(16) Nm2.制动力矩取安全系数S=1.75-2 取S= Text1(5)Mz=S·T= Text1(5)×Text1(16)= Text1(6) Nm3.电磁铁的额定开闸力u--------摩擦系数0.4-0.5,取0.45；Dz------制动轮直径Dz= Text1(8)mmF N == Text1(6)×Text1(11)×103/(Text1(7)×Text1(6)×Text1(9))= Text1(12)NL1，L2，L3所示详见右图4.电磁铁的过载能力F1----电磁铁的最大吸力；5.所需电磁铁的最大吸力F1=1.5F N =1.5×Text1(12)= Text1(13)N6.电磁铁的额定功率= Text1(14) W7.电磁铁的额定工作电压，设计给定U N =110 V8.额定工作电流= Text2(13) A9.导线直径的确定（电密J=5—6 A/mm2）J= Text2(1) A/mm2裸线= Text2(12) mm 绝缘后导线直径d’ = Text2(6) mm10.衔铁的直径（气隙磁密Bδ=0.9-1T）取Bδ= Text2(2) T= Text2(3)mm取d X = Text2(7) mm(结构调整)11.电磁铁的最大行程计算长度= Text2(4)mm12.电磁铁线圈匝数初值（后期计算的匝数必须大于初值）W1== Text2(5)匝二.线圈的结构设计1.线圈厚度b k，高度为L k线圈结构比取β= Text2(8)线圈厚度b k== Text2(10)mm高度=Text2(9)mm2.电磁铁窗口尺寸确定b=5b k/4= Text3(4) mmL D1=5L k/4= Text3(5) mm3.吸盘长度L2=2 L D1/5= Text3(0) mm4.线圈中径D m = d x +2c+b= Text2(7)+2×Text3(7)+ Text3(4)= Text3(6) mm5.根据结构确定线圈匝数= Text3(1) 匝ρ-----电阻率取Text3(11)×10-26.匝数初值确定误差计算= Text3(2)%若初值匝数与结构匝数>3% 应调整结构重新计算1-6项，即调整中径D m （应<3%，目的是保证电磁铁的功率）7.线圈匝数额定值= Text3(3)（匝）8.核算线圈槽满率= Text3(9) % (应≤85%)按计入填充系数= Text3(10)% （应≤75%）f t =0.5-0.57 (通过实验调整总结经验)9.根据结构确定电磁铁的行程（或按标准确定）δN = Text3(12) （注δN < δ）10.标准工作行程的电磁力= Text3(8) N (F应F1)11.结构设计具体的图纸设计12.线圈电阻= Text4(4) Ω13.电磁铁的实际功率损耗= Text4(0)W14.电磁铁的温升计算TDS=S1+ηm·S2α-------线圈的散热系数65°时α=12.04×10-4 W/cm270°时α=12.25×10-4 W/cm280°时α=12.68×10-4 W/cm2 （通常按80度计算）S1------线圈的外表面积S1= π·D1·L d= Text4(1) cm2S2------线圈的内表面积S2== Text4(2) cm2ηm-----散热系数，含金属骨架，ηm=1.7无骨架，ηm=0.9-1直接绕在铁芯上，ηm=2.4τ------线圈温升TD---- 通电率40%（升降电梯），自动扶梯取100%Text4(5)15.电磁铁的最低启动电压，电磁力计算按标准最低启动电压U80 =80%U N = Text4(7) V线圈电流= Text4(6)A16.80%的U N电磁吸力= Text4(9)NF80 > F N满足要求17.温升变化后，电磁力计算线圈温升为90°C时,电阻率ρ（90°C）=2.236×10-2Ωmm2/m= Text4(10)Ω电流= Text4(11)A= Text4(8)NF t > F N满足要求。
电磁铁设计
直流电磁铁设计日°=4nX10-7享/米相对磁导率匕二J05、这称为磁路的欧姆定律,由于铁磁材料的磁导率口不是常数, 使用磁阻计算磁路并不方便,磁阻计算一般只用于定性.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升的保证.电磁铁设计的任务是合理确实定电 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、根本公式和一般概念1、2、均匀磁场8二2〔T 〕 S磁势F 二NI,电流和匝数的乘积3、 磁场强度H 二丝〔A/m 〕,建立了电流和磁场的关系. L该公式适用于粗细均匀的磁路4、磁导率日= B 建立了磁场强度和磁感应强度〔磁通密度〕的关系.磁感应强度的定义式B=F ,磁感应强度与力的关系. qv6、nI.对于长螺线管,端面处的7、真空中无限长螺线管B=UB=1 u 0nI.8、磁效率力中4IllII电磁铁工作循环图当电磁铁接上电源,磁力还缺乏克服反力,按0〜2的直线进行磁化,到达期初始工作点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ni为电磁铁作的功.我们的目的是使I和H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〕提升制造精度,使吸合后气隙最小,但要预防衔铁粘住.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A：输出的有效功人0：电磁铁可能完成的最大功.10、重量经济性系数Kf G2A 06=电磁铁重量.人0：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K6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拟电磁铁,引入结构系数K j这个判据.Kj —Q-初始吸力〔kg〕5-气隙长度〔cm〕Q正比于电磁铁的横截面；5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.发热消耗,另一局部用来建立磁场,当电流到达稳定值后,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=CGd T + usTdt式中：Pdt供应以热体的功率和时间CGdT-提升电磁铁本身温度的热量.C-发热体比热G-发热体质量dT-在dt时间内电磁铁较以前升高的温度.usTdt-发散到周围介质中的热量.u-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+ usTdt=usTdt,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)发热时间常数时所需时间.4 发热时间常T「发热体从T =0发热到温升0.632 TyT到达稳定温升.冷却时间常数和发热时间常数根本相同.〔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,产品的温度到达或接近温升Ty〔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/mm2.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\.工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度.短期工作制CGdT 〔产品本身热容〕是主要的方面.短期工作制电流密度按13〜30A/mm2.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\,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/mm214、漆包线等的耐温等级Y：90℃A；105℃E：120℃B：130℃F：155℃H：180℃辅助材料的耐热等级B级聚酯薄膜C级聚四氟乙烯薄膜QQQ QA QH QZ 云母石棉QZYC：〉180℃QY QXY二、交、直流电磁铁比拟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、交流磁链力〔磁通力与线圈的一些匝数相交链gN“〕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、交流电磁铁比拟重,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、电磁铁的结构形式还有极化继电器电磁铁的最优设计,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；拍合式特性比拟陡,广泛用于接触器和继电器；螺管式,吸力特性比拟平坦,用于长行程牵引和和制动电磁铁；机床电器如接触器、中间继电器电器根本上都是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、航空电磁铁应在以下条件下正常工作(1)周围的的温度从-60℃〜+50℃,而耐热的结构应到达+125℃.(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到达3〜4ms,如极化继电器.对于慢速要求的可达300〜500ms.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= 4 S(N)2H 0式中：S—磁极总面积(m2)B§一气隙磁感应强度(T)(2) F= 1 (IN) 2( X10-6 (N) 20式中：S和5的单位为 cm 和 cm2(3)吸力和气隙的关系六、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〔℃〕4、工作制：长期工作制T=1；短时工作制T V1；重复短时工作制TV1.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〕、计算1、按公式K尸且计算结构系数H2、根据计算出的结构系数值,按表1确定导磁体类型3、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= L〔线圈的长高比〕R 2 R1 h表2图1广吸入式小关•今生电明夫的显优褴通密度与,,尺寸的ill欣lill.S吸人式锥形台座(«=45s)由做法的极优磁――热阂尺寸的加脸-胞金疗♦息*摺1+9 吸入式务峪形件座｛ <* =60**) L也磁二"优敲逆云度,叮线限尺寸M；退口力FE!限表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 L = L 〔线圈子的长高比,也叫窗口尺寸〕,如 R 2— 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〔三〕、初算式中Bj 气隙中的磁通密度〔高〕根据电磁吸力公式Q H =n B 2 R 2〔公斤〕(1)七公B6高斯 12000 — 11000 一 W000 - ■脉0—— 8000 —— 初0.一 6初0」 S000\— m —— 300G —23 3.钝卬曲网345 & 设盘式和拍合式电磁铁最优磁通密度曲线由〔1〕式得R=：QH〔cm〕〔2〕1 \：/冗' O1、盘式和吸入式平头电磁铁的衔铁半径可直接用〔2〕式计算.2、吸入式锥台座电磁铁吸力Q二工C0S2 a行程 b = 8 H C0S2 a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〕式计算.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 CR C=R1 近\ BCT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..=1.3〜3k：1.2〜1.55试验说明,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%,那么材料选择最经济.\=FJF CT+F@式中：F「气隙中的磁动势导磁体中的磁动势FCT-Fj非工作气隙中的磁动势5、确定线圈的长度和高度〔1〕长度L = ： P尸一K32 Kf K 9 y式中：P°-漆包线的电阻率F-总磁势T -工作制系数-温升K-散热系数 ey-填充系数fK表7f K填充系数表K-散热系数(2)R2= L +R1L K R 2 —R1h=R2-R1K(3)R3=、R12 + R 226、拍合式电磁铁外形尺寸计算〔曲线图上无h 〕 (1)线圈的内径D e,=d+2△c (m)式中△厂线圈和铁心之间间隙.一般取0.0005〜0.001 〔m 〕 ⑵线圈的外径D c2=〔1.6〜2〕口口5〕 ⑶线圈的厚度b二一1〔m 〕(4)线圈的长L=Bb (m)B :螺管式取8=7〜87、确定漆包线直径 d=0.2 %(2R 1+ h K )F U UU-工作电压. 〔四〕、复算1、修正导磁体的尺寸和漆包线的径计算中央出的导磁体尺寸,需要对其圆整.计算出的漆包线尺寸,会和标准规定的不一样,需要按标准给出的漆包线直径.2、确定绕组的层数、每层的匝数以及总匝数按线圈子的窗口尺寸、漆包线怕外径(包括漆层I层间绝缘层厚度等进行曲计算.3、计算实际的填充系数ff- qW(R 2 - R1) L式中：q-漆包线的截面积W-线较总匝数4、计算线圈的电阻RR= P Lo e q式中：线圈漆包线长度Lo =2n RcpWR = R1 + R 2 + A叩一25、线圈电流I=UR6、线圈磁势F E=IW7真正温升ee = PJ F2io -42 Kf K (R 2 - R i) L温升T w应小于线圈所用材料的绝缘等级.如果超过允许温升,说明电流太大,应增加匝数IN .而增加IN ,就要修改线圈的长度和厚度 等参数.8、确定吸力(1)麦克斯韦公式(适用于等效电磁铁)Q=1.265 X B § 2 X R12 X 10-7(kg)(2)铁心头部为锥形Q=2.03 X 10-7F 2( R 12_ +sin 2 a ) (kg )8 2 cos 2 a 2 七、其他问题1、漆包线电阻的计算漆包线+20℃时的电阻率.=0.0175 Q .mm 2/m.漆包线+20℃时的电阻R =0.0175L20SL:漆包线长度m S:漆包线截面积mm 2其他温度时的电阻R =KR =0.0175K LT T 20T ^K T =1+0.004(t-20)2、漆包线长度的计算(1)、用近似公式计算线圈的平均匝长.如螺管式可用线圈高度中间 的匝长作为平均匝长Lp.(2)、漆包线长度L二LpWW：匝数3、温升计算公式温升计算公式：T=[ (R2-R1)^R1]X(235 + t)式中：R1—环境温度时直流电阻(.)；R2一通电一定时间后的直流电阻(.)；t一产品环境温度(℃)；T—产品温升值(℃).4、电磁铁的动作时间「十%式中：工-铁心始动时间,即从线圈通电到铁心开始动作的时间.%-铁心运动时间,即铁心开始运动到最后吸合的时间(1)减小始动时间的方法减小线圈的时间常数和减小电流(2)减小铁心运动时间的方法增大电压；增加IN；(3)动作时间与输入功率的关系t p—s-dt d = P s在衔铁行程、衔铁质量等参数不变的条件下,增加输入功率,可减小衔铁的动作时间.Q H =24公斤8 H =0.5厘米0 Y =70℃T =0.1U H =24V0 Y =20℃二、初算1、有效功 A= Q H 8 H =24 X 0.5=12kgcm2、结构系数值 K @ = Y .H = =9.8kg o.5/cmH按所求的值,查表1,确定电磁铁的类型为45度锥台座吸入式. 按所求的值,查表3得：B =10600高,/ =5 6R 2 - R13、把吸力和衔铁行程折合为等效值B1电磁铁吸合动态曲线 t一、原始数据CA DQ= Q h ==48kgcos2 a COS 2456 = 6 H cos2 a =0.5 X cos245°=0.25cm4、确定铁心半径R1= ：Q H = ■1 =1.82(cm)丫B 2冗10600 13.1455、确定总动势F = B J L k =x0.25 X 1.28=2700(安匝) E 0.4兀ct0.4 x 3.14取磁导体中的磁势降为气隙磁势的18%,非工作气隙中的磁势降为气隙中磁势的10%,那么式中K =,=1.28CT0.780.78=1-(10%+18%)6、确定线圈的长度和高度L = |5P g F2T10-4 = I5x 2.4x 10-6 x0.1 x 27002 =5 04(cm)K3 2Kf K9y\ 2 x 1.16 x 10-3 x 0.43 x 70'P e=2.4X 10-2Q cm2/m 漆包线90℃时电阻率K=1.16 X 10-3W/cm2℃散热系数F=0.43填充系数kR2=二 +R1= +1.82=2.83 (cm) 55H=R2-R1=2.83-1.82=1.01(cm)7、确定外部半径R3= \:R 2 + R 22 = 11.822 + 2.832 =3.35(cm)8、确定漆包线的直径=24 义 10-2 义 4.65 义7°.=0.696(mm) d =(2 R 1 + h ) F U U 24。
电磁铁的制作与磁场的方向的应用的计算
电磁铁的制作与磁场的方向的应用的计算电磁铁的制作与磁场方向的应用的计算电磁铁是一种由电流通过的线圈产生磁场的装置，它在科学实验、工程设计以及日常生活中都具有广泛的应用。
本文将介绍如何制作一个简单的电磁铁，并探讨磁场的方向在不同场景下的应用计算方法。
一、电磁铁的制作制作电磁铁所需的材料和工具如下：1. 铁芯（例如铁钉）：作为电流通过的导体。
2. 铜线：用于制作线圈，导电性良好。
3. 电源：可以是电池或电源适配器，用于提供电流。
4. 螺丝刀：用于连接铁芯和线圈。
制作步骤如下：1. 将铜线绕在铁芯上，形成紧密的线圈。
线圈的匝数（即绕线的圈数）越多，电磁铁的磁场越强。
2. 使用螺丝刀将线圈两端固定在铁芯上，确保线圈不松动。
3. 将线圈的一端连接到正极，另一端连接到负极，接通电源。
二、磁场方向的计算在使用电磁铁时，了解磁场方向对于正确应用和运用电磁铁具有重要意义。
以下是计算磁场方向的方法。
1. 电流通过直线线圈时的磁场方向当电流通过垂直于纸面的直线线圈时，可使用右手螺旋法确定磁场方向。
具体步骤如下：将伸直的右手手指按顺时针方向握住线圈，当电流从手指指尖流入线圈时，拇指所指的方向即为磁场的方向。
2. 电流通过螺旋线圈时的磁场方向当电流通过螺旋线圈时，磁场方向根据线圈的匝数和电流方向来确定。
若电流从线圈底部向上流动，则线圈顶部的磁场指向观察者。
若电流从线圈顶部向下流动，则线圈底部的磁场指向观察者。
若电流通过线圈的侧面，则磁场方向垂直于线圈平面。
3. 磁场的应用计算磁场的方向不仅仅是理论上的计算，还可以应用于实际问题中。
例如，在制作电磁铁时，了解磁场方向可以帮助我们确定需要将电磁铁放置的位置和方向，以获得最佳的磁力效果。
另外，磁场的方向还可以应用于电磁感应计算。
当导体在磁场中运动时，会产生感应电动势。
根据楞次定律，感应电动势的方向与磁场变化率相垂直。
因此，我们可以利用磁场方向的知识来计算感应电动势的方向。
三、总结本文介绍了电磁铁的制作方法和磁场方向的计算。
电磁铁的基本公式及计算
电磁铁的基本公式及计算1.磁路基本计算公式B =μH，φ=ΛIW，∑φ=0IW=∑HL, Λ=μS/LB—磁通密度(T);φ—磁通〔Wb);IW—励磁安匝(A);Λ一磁导(H);L一磁路的平均长度(m) }S—与磁通垂直的截面积(m2);H一磁场强度(A/m);μ一导磁率(H/m) ，空气中的导磁率等于真空中的导磁率μ0=0 .4π×10-8 H/m。
2，电磁铁气隙磁导的计算电磁铁气隙磁导的常用计算公式列于表“气隙磁导的计算公式”中。
表中长度单位用crn，空气中的导磁率μ0为0 .4π×10-8 H/m。
气隙磁导的计算公式3·电磁铁吸力基本计算公式 (1)计算气隙较小时的吸力为10210S392.0⨯=φF式中：F —电磁铁吸力(N)； φ—磁极端面磁通(Wb)； S —磁极表面的总面积(cm 2)。
(2)计算气隙较大时的吸力为10210)a S(1392.0⨯+=δφF式中：a —修正系数，约为3～5；δ—气隙长度（cm ）。
上式适用于直流和交流电磁铁的吸力计算。
交流时，用磁通有效值代入，所得的吸力为平均值。
例：某磁路如图所示。
已知气隙δ为0.04cm ，铁芯截面S 为4.4cm 2，线圈磁势IW 为1200安匝。
试求在气隙中所产生的磁通和作用在衔铁上的总吸力。
解：（1）一个磁极端面上的气隙磁导为000111004.04.4μμδμδ=⨯==S G 由于两个气隙是串联的，所以总磁导为G δ = G δ1/2=55μ0=55×0.4π×10-8=68.75×10-8（H ） (2)气隙中所产生的磁通为φδ=IW G δ =1 200×68.75×10-8 =8 .25×10-4 (Wb) (3)总吸力为)(1213104.425.8392.0210S 392.02102102N F =⨯⨯⨯=⨯⨯=δδφ 式中乘2是因为总吸力是由两个气隙共同作用所产生的。