电磁铁设计
《制作电磁铁作业设计方案-2023-2024学年科学湘科版2001》
《制作电磁铁》作业设计方案第一课时一、设计目的本次实验旨在让学生了解电磁铁的基本原理和制作方法，通过亲自动手操纵材料，制作出一个能够产生磁场的电磁铁，并观察其在不同电流强度下的磁性效果。
通过本实验，学生将加深对电磁学的理解，并培养实验动手能力。
二、实验材料1. 电磁铁的铁芯：可使用铁钉或者铁条作为材料，长度约10厘米。
2. 绕线：细铜线，长度约1米。
3. 电池：干电池或者充电电池，电压为1.5伏。
4. 电线：用于连接电磁铁的电线。
三、实验步骤1. 将铁芯放置在桌子上，确保其垂直于桌面。
2. 将绕线绕在铁芯上，绕几层后，两端留出一段电线。
3. 将电线的一端连接到正极，另一端连接到负极，观察电磁铁是否产生磁场。
4. 调节电流强度，观察磁场的变化。
四、实验初步预期结果1. 当电流通过绕线时，铁芯将具有一定的磁性，能够吸引铁磁物质。
2. 随着电流强度的增加，磁场强度也会增加。
3. 当断开电流时，铁芯将失去磁性。
五、实验注意事项1. 在操作实验时，要小心绝缘处理，避免触电或短路。
2. 注意控制电流强度，以免过载或者损坏电池。
3. 在操作实验时，注意绕线的细节，确保绕线紧密并均匀。
六、实验拓展1. 学生可以尝试使用不同材料制作电磁铁，观察其磁性效果有何不同。
2. 学生可以尝试调节电流强度，观察其对磁场强度的影响。
3. 学生可以进一步探究电磁铁在不同环境下的应用，例如电磁吸盘等。
七、实验总结通过本实验，学生将对电磁学有一个初步的了解，培养了实验动手能力和观察能力。
同时，学生也掌握了制作电磁铁的基本原理和方法，为日后的学习打下基础。
希望学生能够在实践中更好地理解电磁学知识，培养科学探究精神。
第二课时一、课程背景：在学习物理课程中，电磁铁是一个非常重要的实验器材，通过制作电磁铁可以帮助学生更好地理解电磁现象的原理。
本次实验旨在让学生通过亲自动手制作电磁铁，加深对电磁学知识的理解，培养学生实验操作能力和动手能力。
二、实验目的：1. 了解电磁铁的原理和结构；2. 掌握制作电磁铁的方法和步骤；3. 熟练使用电磁铁进行实验；4. 激发学生对物理学的兴趣。
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 。
《电磁铁作业设计方案-2023-2024学年科学大象版》
《电磁铁》作业设计方案一、教学目标：1. 知识目标：让学生了解电磁铁的基本原理和结构，掌握电磁铁的工作原理和应用。
2. 能力目标：培养学生的动手能力和实验设计能力，提高学生的观察和实验记录能力。
3. 情感目标：激发学生对物理实验的兴趣，培养学生的实验精神和团队合作认识。
二、教学内容：1. 电磁铁的基本原理和结构；2. 电磁铁的工作原理和应用；3. 电磁铁的实验设计和实验操作。
三、教学重点：1. 电磁铁的原理和结构；2. 电磁铁的工作原理；3. 电磁铁的实验设计和实验操作。
四、教学难点：1. 学生对电磁铁的工作原理和应用的理解；2. 学生对电磁铁实验设计和实验操作的掌握。
五、教学准备：1. 实验材料：电池、导线、铁钉等；2. 实验仪器：示波器、万用表等；3. 实验环境：实验室或教室。
六、教学过程：1. 导入：通过介绍电磁铁的应用途景引起学生的兴趣，引出本节课的主题。
2. 理论讲解：讲解电磁铁的基本原理和结构，以及电磁铁的工作原理和应用。
3. 实验设计：让学生分组设计电磁铁实验，包括实验材料的选择和实验步骤的设计。
4. 实验操作：学生按照设计好的实验步骤进行实验操作，记录实验数据并进行分析。
5. 实验展示：每组学生展示他们的实验结果，分享实验心得和体会。
6. 总结：对本节课的内容进行总结，强调电磁铁的重要性和应用价值。
7. 作业安置：安置相关作业，让学生进一步稳固所学内容。
七、教学评判：1. 实验报告：要求学生完成实验报告，包括实验目标、实验步骤、实验数据、实验结果和实验分析等内容。
2. 实验表现：根据学生的实验操作和实验表现进行评判，包括实验设计的合理性、实验操作的准确性等方面。
3. 进修态度：评判学生的进修态度和团队合作认识，包括是否积极参与实验设计和实验操作等方面。
八、教学反思：通过本节课的教学实践，我发现学生对电磁铁的工作原理和应用理解还不够深入，需要在教学中加强相关理论知识的讲解。
同时，学生在实验设计和实验操作方面还存在一定的不足，需要在今后的教学中加强实践性教学，培养学生的动手能力和实验设计能力。
电磁铁教学设计【优秀5篇】
电磁铁教学设计【优秀5篇】篇一：电磁铁教学设计篇一教学内容本课是教科版小学科学六年级上册第三单元《能量》第二课。
学生已经在上一课通过实验认识了电可以产生磁，经历了用通电线圈做电生磁实验，这为理解电磁铁的原理打下基础；本课将引导学生对电磁铁这一电生磁的最直接应用装置，开展两个方面的研究——制作电磁铁与研究铁钉电磁铁的南北极。
设计说明本设计主要有两大特色：一是从能量单元整体出发，从了解学生前概念作为起点，以建构新的科学概念为导向，引领学生展开探究活动，强化了逻辑思维训练，注重了实证意识培养，充分体现了小学科学课的特点，促进课堂实效的提升。
二是教师的预设充分、灵活多样，不少活动准备了两套教学预案，便于根据学情选择最佳的教学策略；同时在设计、制作、测试、记录、交流、分析等一系列探究环节，突显了追求细节却又引而不发的教学指导，给学生留下独立思考、质疑的空间；巧妙借助一些关键词、问题、记录表、板书等，诱发学生产生新思想，发现新问题，生成新探究，有效突破了教学难点。
教学目标科学概念：1.电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的基本性质；2.改变电池的正负极接法或改变线圈绕线方向，会改变电磁铁的南北极。
过程与方法：1.制作铁钉电磁铁。
2.做研究电磁铁的南北极的实验。
情感、态度、价值观：养成认真细致、合作进行研究的品质。
教学重、难点重点：制作电磁铁与研究铁钉电磁铁的南北极难点：电磁铁南北极与哪些因素有关猜想的建立与研究方法设计课前准备1.分组器材：回形针2~3个、1m长细绝缘导线1根、指南针1只、大铁钉1只、电池(电池盒)1只、开关1只、连接用导线1根、砂纸1、实验记录单32.教师准备：学生实验器材1套、电磁铁贴画1、视频展示仪、多媒体课件(两种线圈的绕法示意图、检测题、活动背景音乐等)过程预设一、师生会话，导入新课1.师生会话：通过上一课的研究，我们发现了电与磁之间有怎样的联系？你可知道，根据这个发现，科学家发明了什么东西吗？——根据回答板书课题：2.电磁铁2.讲述：同学们，愿意和老师一起来围绕电磁铁展开一系列的研究吗？[设计意图：从科学发现到科学发明，让学生体会到科学探究结果与科学知识的价值，发展学生开展科学探究的兴趣。
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5.11=NF F 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)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7222104)(28.6-⨯∙∙=δπXd W I F= 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 W D R m ρ= Text4(4) Ω13. 电磁铁的实际功率损耗R U P G 2= = Text4(0)W14. 电磁铁的温升计算S P G∙=ατTDS=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 2 S2------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 =2.4 τ------线圈温升TD---- 通电率 40%（升降电梯），自动扶梯取100% =∙=TD S P Gατ 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 R U I 80== Text4(6)A16. 80%的U N 电磁吸力722280104)(28.6-⨯∙∙=δπXd W I F= 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 UI == Text4(11)A7222104)(28.6-⨯∙∙=δπXt t d W I F = Text4(8)NF t > F N 满足要求。
电磁铁的设计规范
电磁铁设计的必需参数电磁铁设计的必需参数一、行程的概念:动铁芯相对于完全吸入位置的位移，见下面的图示：二、力量:电磁铁通电就会产生力量, 在相同功耗下，不同大小的行程位置力量的大小不同；在行程相同情况下，不同功耗力量也会不同；不同的功耗对应不同通电率（既是占空比）。
通常规律是：⑴行程↑力量↓(⑵功耗↑力量↑。
在电磁铁应用时，应考虑安全性能，即对力量的测试应是电磁铁在一定通电率下，温升稳定后所测得的力量即为电磁铁的力量，一般情况下，初始力量是温升稳定后力量的1.5倍左右。
如产品的通电率很低（一天只有几次通断，而且时间非常短）则可将安全系数降低至1.2倍。
三、通电率:通电率的概念如下公式所示。
即表示通电时间（On time）除以一个周期的时间（On time + Off time），通电率的通俗叫法为占空比。
例如：一个电磁铁的通电时间为1秒，断电时间为3秒，那么它通电率就为 1/（1+3）＝25％通电率是一个非常重要的参数，因为当电磁铁被激励是会导致线圈发热，如果发热过大会烧毁线圈。
负载周期或者最长通电时间, 以及电磁铁的功率和散热决定了电磁铁工作时的温升，同时也决定了通电率。
四、绝缘等级电磁铁工作温升, 和工作时的环境温度决定了电磁铁需要的绝缘温度等级. 有以下等级分类：A=105℃, E=120℃, B=130℃, F=155℃, H=180℃, 200=200℃,220=220℃, 250=250℃五：电源类型及功率不同的输入电流波形决定了电磁铁的工作模式: 应用中可能有的是: 交流AC/直流DC (恒压源, 恒流源, 电瓶, 干电池, DC 发电机, 电容), 整流滤波方式, 电压范围, 最大可供电流等因素利用二极管整流。
电磁铁应用中, 交流电磁铁可以直接用交流电。
直流电磁铁则必须采用整流器转换为直流. 输出力量在一定范围内和电流(功率)成比例. 电磁铁达到磁饱和后力量不再随电流(功率)增大. 同样, 温升和电流(功率)成正比.六、电磁铁的保护措施如某些特殊场合，电磁铁需要采用一些必要的保护措施，如增加过热保护，过流保护以及电磁铁驱动控制电路的保护。
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。
电磁铁设计基本要求
．其它特殊要求图示：C 型开框电磁铁U 型框架电磁铁O 型圆管电磁铁E 型硅钢片电磁铁．流量要求．流量指每分钟能通过多少液体。
．耐气压指在堵住的情况下能承受多大的气压不泄露。
18．吸力要求19．防水要求V．吸盘电磁铁如果要求防水须在出线口与吸合面封胶处理（见图一与图二，图三不防水）。
．剩磁指断电后的残余吸引力。
适用于DYC型．电感要求Q值要求25．流量要求X．流量指每分钟能通过多少液体（见图三）。
26．扬程要求Y．扬程指电磁泵出水嘴到水柱的高度。
适用于XZ型27．旋转角度要求28．扭矩力量要求29．不通电保持力要求注：图一与图二单保持电磁铁与图三双保持电磁铁区别在于磁块在电磁铁中的位置，单保持电磁铁磁块放置在上盖位置，只有铁芯一边有保持力，而双保持电磁铁磁块在中间位置电磁铁上下方向都有保持力。
适用于BD与PD型30．角度要求31．力量要求出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
然侍卫之臣不懈于内，忠志之士忘身于外者，盖追先帝之殊遇，欲报之于陛下也。
诚宜开张圣听，以光先帝遗德，恢弘志士之气，不宜妄自菲薄，引喻失义，以塞忠谏之路也。
宫中府中，俱为一体；陟罚臧否，不宜异同。
若有作奸犯科及为忠善者，宜付有司论其刑赏，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使内外异法也。
侍中、侍郎郭攸之、费祎、董允等，此皆良实，志虑忠纯，是以先帝简拔以遗陛下：愚以为宫中之事，事无大小，悉以咨之，然后施行，必能裨补阙漏，有所广益。
将军向宠，性行淑均，晓畅军事，试用于昔日，先帝称之曰“能”，是以众议举宠为督：愚以为营中之事，悉以咨之，必能使行阵和睦，优劣得所。
亲贤臣，远小人，此先汉所以兴隆也；亲小人，远贤臣，此后汉所以倾颓也。
先帝在时，每与臣论此事，未尝不叹息痛恨于桓、灵也。
侍中、尚书、长史、参军，此悉贞良死节之臣，愿陛下亲之、信之，则汉室之隆，可计日而待也。
臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，不求闻达于诸侯。
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直流电磁铁设计
共26页
编写：
1234、磁导率μ=
H
B
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=
M
R NI
磁阻R M =
s
l 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=
qv
F
，磁感应强度与力的关系。
7
8作点由（2）9、机械效率
K 1=
0A A
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
G
K2=
A
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
K
Q
12
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/mm2
14、漆包线等的耐温等级
Y：90℃A；105℃Q
E：120℃QQQAQH
B：130℃QZ云母石棉
F
H
C
B
C
1
2、
吸力F减小。
3
4
5
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
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-60℃～+50℃，而耐热的结构应达到+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。
2
3～4ms
3
（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δH（厘米）
3、容许温升（℃）
4、工作制：长期工作制τ=1；短时工作制τ＜1；重复短时工作制τ＜1。
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
h
L
（线表2 表3 表4
表2、表3、表4、表5是电磁铁长期工作的B δ，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
12R R L -=h
L
（线圈子的长高比，也叫窗口尺寸），如果吸力增大或
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）、初算
2
2
12吸力行程δ式中α3R C =R1
CT
B B σδ
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。
σ=1.3～3
拍合式电磁铁的铁心和衔铁
4、线圈的总磁动势方程 F ∑=
π
δδ4.0B k ct
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 F CT F φ5（1f K -填充系数
表7f K 填充系数
表8K-散热系数
(2)R2=
L
L
K
K+R1
β:螺管式取β=7～８7、确定漆包线直径
d=0.2
U
F h
R
K )
1
2(+
θ
ρ
U-工作电压。
（四）、复算
1
2
3
4
θ
q
式中：线圈漆包线长度L0=2πR cp W
R cp=
22
1∆
+
+R
R
5、线圈电流
I=
R
U
6、线圈磁势
F ∑=IW
7真正温升θ
θ=L R R Kf F K )12(2104
2--τρθ
温升τw 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（1） (2)Q=2.031漆包线漆包线K T
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=LpW
W ：匝数
3、温升计算公式
式中：
R 1R 2t T 4t m t d （（（d s
t t =s d p p
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。
示例
一、原始数据
Q H =24公斤
δH =0.5厘米
θY =70℃
τ=0.1
U H =24V
123δ45、确定总动势
F ∑=πδ
δ4.0B k ct =14
.34.025.010600⨯⨯×1.28=2700(安匝) 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%,则
式中K CT =78
.01=1.28
0.78=1-(10%+18%)
6、 确定线圈的长度和高度 L K =34
22105Y K Kf F θτρθ-=33267043.01016.1227001.0104.25⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯--=5.04(cm) ρθ=2.4×10-2Ωcm 2/m 漆包线90℃时电阻率
K=1.16×10-3W/cm 2℃散热系数
78。