直流螺管电磁铁最佳设计的方法与程序_陈德桂
一种断路器操作机构的直流螺管电磁铁的有限元设计
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一
种 断路 器操作机构 的直流螺 管 电磁铁 的有 限元设计
孥 袁 玛亍 丈
（ 中国船舶重 工集 团公 司 ７ ２研 究所 ，武汉 ４ ０ ６ ） １ ３ ０ ４
摘
要 ：通 过有 限元分析 方法 ，针对 Ｚ ＤＳ断路器 的操作机 构 ，采用直 流螺 管 电磁铁 的仿 真设 计，对盆 式磁
极结构 、磁场 分布情 况和 电磁力 进行 了研 究 。设计结 果较好 地满足 了 Ｚ ＤＳ断路器 的负载特 性要 求 ，实现 了
断路器 操作 机构 电动驱 动方 式 由传 统 的 电动 机驱动 转 为 电磁 铁驱动 的改 造 ，为 电磁 铁在 断路 器操作 机构 中
的应用 完成 了一次 成功 的实践 。 关键词 ：断路 器 电磁 铁 中图分 类号 ：Ｔ ６ ． Ｍ５ １６ 有 限元法 机 构 文 章编号 ：１ ０ ．８ ２（０ ０ ０ —０ ８０ ０ ３４ ６ ２ １ ） ３０ １ —４
现象，对 电力系统保护存在隐患 。电动机 的改造
和 调 整均 不 方 便 且 成本 较 高 。 目前 已经 出现 用 电 磁铁 代 替 电动 机 的 技术 趋 势 ，不 仅完 全 适 用 断 路
有 限元法 被广 泛应 用于 设计 研发 的前 期阶
段 ，能 就其 所 被 使 用 的 系 统进 行 精 确 计 算及 性 能 预 测 。有 限元 法 一 个 明 显 的优 点在 于 其 建模 的灵 活 性 ，能够 很 好 地 处 理 具有 任 意 复 杂 形 体地 媒 质 分 布 问题 ，对 一 些用 传 统方 法 无 法 获 得解 析 解 的 问题 ，较 容 易得 到 精度 很 高且 满 足 工 程 实 际应 用 需 要 的数 值 解 。利用 有 限元 法 对 电磁 铁磁 场 进 行 分析 已经 成 为 工 程领 域 中必 不 可 少 的 手段 。
高压断路器液压操动机构用直流螺管电磁铁的动特性计算及优化
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电磁铁制作方法
电磁铁制作方法简介电磁铁是一种利用电流产生的磁场吸引物体的装置。
它具有广泛的应用，可以用于机械设备的操控、电磁感应实验等领域。
本文将介绍电磁铁的制作方法，以帮助读者了解电磁铁的工作原理和制作步骤。
材料准备制作电磁铁所需的材料主要包括：1.电磁铁线圈：可用超细漆包线或电线制作；2.铁芯：可用铁轴或铁棒制作；3.电源：可使用直流电源或电池。
制作步骤下面是制作电磁铁的基本步骤：1.准备电磁铁线圈：选择合适的漆包线或电线作为线圈的导线。
根据需要确定导线的长度和粗细，通常选择细线使得线圈匝数较多。
根据线圈的形状和大小，将导线缠绕成线圈。
2.制作铁芯：选择合适的铁轴或铁棒作为电磁铁的铁芯。
铁芯的形状和大小应根据需要进行选择，通常选择直径较大、长度适中的铁轴或铁棒。
将铁芯放置在电磁铁线圈的中心位置。
3.连接电源：将电磁铁线圈的两端分别与电源的正负极连接。
可以使用插头和插座连接，以便方便地连接和断开电源。
确保连接牢固，导线不会松动。
4.检测电磁效果：将电源接通，通电后观察电磁铁是否产生了磁场效果。
可以通过将铁磁物体放置在电磁铁的工作区域内，观察其是否被吸引住，以验证电磁铁是否正常工作。
注意事项在制作电磁铁的过程中，需要注意以下事项：1.安全用电：在连接电源之前，确保电源的电压和电流符合线圈的额定值，以避免线圈烧毁或电源过载。
2.绝缘处理：为了防止线圈与铁芯直接接触，应在铁芯表面涂覆一层绝缘材料，如绝缘胶带或漆涂料。
3.线圈匝数：根据电磁铁的需要，确定线圈的匝数。
匝数越多，磁场越强，但电流需求也会增加。
4.铁芯选择：根据电磁铁的用途选择合适的铁芯材料和形状。
铁芯的质量和形状会对电磁铁的磁场产生影响。
总结通过本文，我们了解了电磁铁的制作方法。
制作电磁铁的关键在于选择合适的线圈材料和铁芯材料，并合理地连接电源。
制作好的电磁铁可以用于吸附铁磁物体、控制机械设备等领域。
在制作过程中需要注意安全用电和绝缘处理，确保电磁铁的正常工作。
电磁铁的制作与磁场的方向的计算
电磁铁的制作与磁场的方向的计算电磁铁是一种利用电流通过线圈产生磁场的装置。
它的制作可以通过简单的材料和步骤完成。
本文将介绍电磁铁的制作过程，并详细讲解磁场的方向的计算方法。
一、电磁铁的制作要制作一个简单的电磁铁，我们需要以下材料和工具：1. 铜线：选择绝缘包覆的铜线，一般直径为0.2-0.4毫米。
2. 电源：选择适合的电源供应电流，一般使用直流电源。
3. 铁芯：可以使用铁钉或铁片作为铁芯，确保铁芯足够导磁。
4. 钳子：用于剥去铜线的绝缘层。
现在我们可以按照以下步骤开始制作电磁铁：步骤一：准备铜线和铜芯首先，将铜线剥去一段绝缘层，长度约为5-10厘米。
然后将铜线缠绕在铁芯上，确保线圈紧密均匀地绕在铁芯表面。
铜线的圈数越多，电磁铁的磁场就越强。
步骤二：连接电源将电源的正极连接到铜线的一端，将负极连接到铜线的另一端。
确保电源的电流适中，过高的电流可能会损坏电磁铁。
步骤三：测试电磁铁完成上述步骤后，用一块小磁铁或指南针来测试电磁铁的磁场。
将小磁铁或指南针靠近电磁铁的铁芯附近，观察是否受到吸引。
如果成功吸引小磁铁或指南针，证明电磁铁制作成功。
二、磁场的方向的计算电磁铁产生的磁场具有方向性。
为了计算磁场的方向，我们可以使用右手定则。
右手定则是一种常用的计算磁场方向的方法。
按以下步骤进行：1. 伸直右手，将拇指和其他四个手指分开。
2. 用食指、中指和拇指呈垂直状态。
3. 让电流方向与食指一致，电流流向由正极指向负极。
4. 根据右手定则，四个手指的方向表示磁场的方向。
注意：右手定则适用于直线电流，即电流直线通过线圈的情况。
在使用右手定则计算电磁铁磁场方向时，需确定电流方向（判断长电流线从上往下还是从下往上）、握住线圈或电磁铁后，拇指的方向就是磁场的方向。
三、总结本文介绍了电磁铁的制作过程和磁场方向的计算方法。
通过简单的步骤和手持材料，我们能够自己制作出一个简单的电磁铁，并且可以通过右手定则计算出磁场的方向。
了解电磁铁的制作和磁场方向的计算方法对于理解电磁学原理和应用具有重要意义。
一种断路器操作机构的直流螺管电磁铁的有限元设计
一种断路器操作机构的直流螺管电磁铁的有限元设计李广;黄中;马子文【摘要】通过有限元分析方法,针对ZDS断路器的操作机构,采用直流螺管电磁铁的仿真设计,对盆式磁极结构、磁场分布情况和电磁力进行了研究.设计结果较好地满足了ZDS断路器的负载特性要求,实现了断路器操作机构电动驱动方式由传统的电动机驱动转为电磁铁驱动的改造,为电磁铁在断路器操作机构中的应用完成了一次成功的实践.【期刊名称】《船电技术》【年(卷),期】2010(030)003【总页数】4页(P18-21)【关键词】断路器;电磁铁;有限元法;机构【作者】李广;黄中;马子文【作者单位】中国船舶重工集团公司712研究所,武汉,430064;中国船舶重工集团公司712研究所,武汉,430064;中国船舶重工集团公司712研究所,武汉,430064【正文语种】中文【中图分类】TM561.61 引言传统断路器通常以电动机为动力源，带动操作机构实现断路器合闸动作，并通过弹簧储能机构进行保持，保证断路器的触头压力。
在应用中经常出现电动机驱动力小，断路器合闸不可靠的现象，对电力系统保护存在隐患。
电动机的改造和调整均不方便且成本较高。
目前已经出现用电磁铁代替电动机的技术趋势，不仅完全适用断路器的工作要求，而且结构简单，调节方便。
本文以ZDS断路器为使用对象，采用有限元法建模分析计算了直流螺管电磁铁的静态磁场、静态吸力特性，为直流螺管电磁铁在断路器操作机构中的应用进行了研究实践。
有限元法被广泛应用于设计研发的前期阶段，能就其所被使用的系统进行精确计算及性能预测。
有限元法一个明显的优点在于其建模的灵活性，能够很好地处理具有任意复杂形体地媒质分布问题，对一些用传统方法无法获得解析解的问题，较容易得到精度很高且满足工程实际应用需要的数值解。
利用有限元法对电磁铁磁场进行分析已经成为工程领域中必不可少的手段。
2 直流螺管电磁铁的设计2.1 电磁铁的设计输入和结构型式选择（1）设计对象直流电磁铁是取代原来 ZDS断路器中的电动机使用，ZDS断路器中的传动机构简图见图1，机构的运动量保持不变。
制作电磁铁的方法
制作电磁铁的方法简介电磁铁是一种可以产生磁场的装置，其原理是利用电流在导线上产生的磁场。
电磁铁广泛应用于各种领域，如电磁驱动、电磁悬浮、电磁吸盘等。
本文将介绍制作电磁铁的方法，包括所需材料和步骤。
所需材料•铜线•铁芯•电源•绝缘胶带•铅笔•剪刀•手套•接线端子•铁架•螺丝刀步骤1. 准备工作在开始制作电磁铁之前，确保具备以下条件：•有合适的工作空间•有足够的安全设施，如手套和绝缘胶带•准备好所有所需材料2. 制作铁芯铁芯是电磁铁的核心部分，它能够增强磁场的效果。
你可以选择购买预制的铁芯，也可以自己制作。
以下是制作铁芯的步骤：1.在一块平整的铁板上，使用铅笔标出一个长方形或圆形的形状，根据你想要的铁芯尺寸决定。
2.使用剪刀或锯子，沿着标出的图形逐步切割铁板。
3.使用锉刀或砂纸打磨铁芯的边缘，使其光滑。
3. 绕制线圈线圈是电磁铁的导线部分，通过电流流过导线时产生磁场。
以下是制作线圈的步骤：1.将铜线缠绕在铁芯上，确保铜线的绕制均匀而且密集。
2.绕制的层数和绕制方式取决于你所需的磁场强度和形状。
3.在铜线绕制完毕之后，使用绝缘胶带固定线圈，以确保导线不会松动或断开。
4. 连接电源将电源与线圈连接，以产生电流并激活电磁铁。
以下是连接电源的步骤：1.使用剪切器或剥线钳，将线圈两端的绝缘层剥离。
2.将裸露的导线末端插入接线端子中。
3.使用螺丝刀拧紧接线端子，确保导线与端子紧密连接。
4.将接线端子连接到电源的正极和负极。
5. 完成装置将电磁铁安装在铁架上，以保持稳定。
以下是完成装置的步骤：1.将铁芯和线圈固定在铁架上，确保铁芯位于线圈的中心位置，并且不接触到线圈之外的任何物体。
2.使用螺丝刀拧紧铁芯和线圈，以确保装置的稳定性。
3.检查所有连接，确保电源和线圈之间没有松动或接触不良的部分。
注意事项•在制作电磁铁的过程中，确保安全：佩戴手套，并避免电源触及水或潮湿的环境。
•当不使用电磁铁时，及时关闭电源，以防止产生过热或损坏设备。
螺管式电磁脱扣器弹簧参数与线圈匝数匹配的设计方法
。
Ｍ ａ ｃ ｎ ｓｇ ｅ ｈｏ ｆ Ｓ ｉ ｎｄ Ｗ ｉ ｅ Ｐａ ａ ｅ ｅ ｓ ｔ ｈｉ ｇ Ｄｅ ｉ ｎ Ｍ ｔ ｄ ｏ ｐｒｎｇ ａ ｒ ｒ ｍ ｔ ｒ ｆ ｒ Ｓ ｌ ｎｏ ｄ Ｅｌ ｃ ｒ ｍ ａ ｎ ｔｃ Ｒｅ ｅ ｓ ０ ｏ ｅ ｉ ｅ ｔ ｏ ｇ ｅ ｉ ｌ ａ ｅ
况下， 以及 电流为触动 电流 时衔铁所 受 吸力 ， 利 并 用 计算 出的吸力 反推 弹簧参数 ； 最后 ， 用试 验验证 了计 算结 果 的可行性 。
设计是 ＭＣ Ｂ整体设计 的重要部分 。 在 ＭＣ Ｂ的脱扣器设 计 中 ， 螺管 电磁铁触 动 电 流 、 圈 匝数 与弹簧参 数 的匹配是很 重要 的 内容 。 线
ｓｓ建立 了螺管 电磁 铁 （ 圈分 别 为 ２匝和４匝 ） ｙ， 线
的三维有 限元模 型 ； 算 了脱 扣 器 在 最大 气 隙情 计
场力作用下快 速吸合 ， 动铁 心撞 击脱 扣杆 ， 使机 构
解锁 ， 并带 动动触 头运 动 ， 、 动 静触 头分 开 。因此 ， 脱扣器 的性能 对 Ｍ Ｂ性能有 较 大影 响 ， 扣器 的 Ｃ 脱
摘
７０４ ； １ ０ ９
３５０ ２ ６ ４）
牢 湛 ｒ ０ Ｒ １
一
要： 通过建立了微 型断路 器脱扣器 中螺管 电磁铁 的有限元模型及 运用有 限元
、
法， 计算脱扣器在最大气隙微型断路器下， 电流为触动电流时衔铁所受吸力 ， 并利用计算 出的吸力来反推弹簧参数。仿真试验表明 ， 该方法是可行的。
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电磁铁设计
精心整理直流电磁铁设计共26页编写：1234、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 =μμ 5、 磁通Φ=MR NI磁阻R M =sl 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。
78作点由（2）9、机械效率K 1=0A 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。
11KQ12一部分用来建立磁场，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=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。
（2升。
（3度达不到温升τy。
工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度。
短期工作制CGdτ（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τy，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℃QE：120℃QQQAQHB：130℃QZ云母石棉FHCBC12、吸力F减小。
3456、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。