电磁铁电磁力计算方法
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。
电磁铁参数计算方式
/s/blog_a20d91d201012i1d.html电磁铁参数计算方式(2012-02-17 11:00:53)标签：文化为确保您所使用的螺线管式电磁铁（包括我们通常所说的各式旋转电磁铁、推拉式电磁铁、直动式电磁铁、圆管式电磁铁等能可靠的工作和达到应有的寿命，我们在选用各种螺线管式电磁铁时，应注意以下几个方面：1、螺线管式电磁铁都是以直流电工作的，因此当工作电源为交流电时，请使用全波整流方式将交流电转换为直流电；2、通电率（或通电持续率），是用线圈通电时间和断开时间的比率来表示：除通电率之外，有时还注出了每一次的最长通电时间的规定，这都是为防止线圈温度过度上升，从而导致螺线管电磁铁动作失误或寿命的减短，因此务必请在低于规定的数值下使用。
3、线圈中通过的电流值和线圈的圈数的乘积算做安培匝数。
各种螺线管式电磁铁的线圈数据中对应每个通电率周期都提供有参数值，螺线管式电磁铁的机械输出力的大小与其安培匝数成正比。
4、随着线圈温度的变化会引起螺线管电磁铁总体性能的变化。
当线圈接通电源施加上电压后，线圈的温度会逐渐上升，线圈的电阻也就随之增加，通过线圈的电流会降低，从而，造成安培匝数的减少，螺线管电磁铁的机械输出功率也就变小。
一般产品样本或目录上所列的线圈数据和特性数据，均以环境温度20℃时为依据，线圈温度和线圈电阻，安培匝数之间的关系如表1所示。
线圈温度（℃）-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 电阻系数0.764 0.843 0.921 1 1.079 1.157 1.236 1.314 1.393 安培匝数比 1.309 1.186 1.086 1 0.927 0.864 0.809 0.761 0.718100% 50% 25% 10%线圈温升是按电器温升检测试验标准检测并以下式计算确定式中：t：线圈温升（℃）t1:初始环境温度（℃） R1：线圈初始电阻（Ω）t2:最终环境温度（℃）R2：线圈最终电阻（Ω）5、螺线管式电磁铁是一种带有高电感的电感负载，因此当通电电压断开时，控制用接点会产生电弧而被损坏，故应采取适当的接点保护措施。
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：2.2K φ==≈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：2.52n d cm === 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 。
不同匝数电磁线圈的电磁力比较方法
麦克斯韦电磁力计算公式：
（1）
式中S 为工作气隙对应的极面面积，Φ为磁通，μ0为真空磁导率---4πe-7H/m
Φ = IW/(R 1 +R 2 +R 3 +R 4 +R 5 …+R n)（2）
式中I 为电流，W 为线圈匝数，R1-Rn 为磁路系统中的各部分磁阻。
其中气隙磁阻最为重要。
因此在其他条件不变的情况下匝数越多电磁力增大趋势。
在机械结构一致的情况下R1-Rn ，μ0，均为常量，电磁力大小与I 2成正比。
初始状态下动铁芯静止，因此电路方程可描述为： dt di
L iR U +=（3）
解此微分方程可得：
)1(t L R e R U i --=（4）
在静态条件下时间无穷大时
0=-
t L R e （5）
R U
i =（6）
因此在线圈材料，系统电压一致，静态电磁吸力（动铁
芯静止）可表示为：
2101
(/(...))2n U F W R R S R
μ=++ Φ = IW/(R 1 +R 2 +R 3 +R 4 +R 5 …+R n) 结论： 只考虑2
2W R 的比值即可比较不同匝数线圈产生的电磁吸力的大小。
电磁铁理论计算
电磁铁理论计算电磁铁广泛用于低压电器产品中,本文就电磁铁的结构、参数、铁心材料、故障现象、产生原因及排除故障的方法作了论述。
1电磁铁的结构在很多低压电器产品中,如断路器、接触器、继电器、电磁铁等,都使用“电磁铁”这种元件。
“电磁铁”一般由铁心[静铁心(主极铁心),动铁心(衔铁)]、线圈、分磁环(短路环,适用于交流电磁铁)、反作用力弹簧、磁轭等构成。
“电磁铁”,按结构型式可分：拍合式,形式,E形式,螺管式,转动式等,较多使用的是拍合式、形、E形；按电磁铁的励磁方式可分直流和交流两大类；按其用途可分电流线圈和电压线圈两种(断路器的短路保护瞬动电磁铁、液压式脱扣器的过载、短路保护线圈、电流继电器线圈等为电流线圈；欠电压脱扣器、分励脱扣器、电压继电器等为电压线圈)；按其工作制可分：八小时工作制,不间断工作制,断续周期工作制等。
2吸力与电磁铁各参数的关系电磁铁的吸力式中F——吸力；B——磁通密度(电磁铁动、静铁心工作气隙的磁通密度)；S——铁心极面的截面积；μ0——真空中的磁导率。
由于B(B=Φ/S)与IW或U(电压)等有关系,因此表现在直流电流或电压线圈上,吸力与电磁铁的参数略有不同。
(1)直流电磁铁电流线圈F=6.4(IW)2S/δ2(2)(拍合式)F=3.2(IW)2S/δ2(3)(形)电压线圈的F计算式与式(2)、(3)同(因为U=IR,R=l,线圈电阻中长度L与W等有关,最后仍可化为IW等式)。
(2)交流电磁铁电流线圈F=3.2(ImW)2S/δ2(4)(形)电压线圈各式中F——电磁铁铁心极面上的吸力；U——线圈两端施加的电压；Im——励磁电流的最大值；W——线圈的匝数；S——铁心极面的截面积；δ——工作气隙；L——铁心的磁路长度；g——单位长度的漏磁导；f——交流电的频率。
不论是直流或交流,电压U或等于IR,或U=E2＋(IR)2,均可化出励磁电流来。
从式(1)～(6)可见：吸力F与IW或线圈两端的电压的平方成正比,与铁心的截面积S成正比,与静铁心、动铁心(衔铁)间的工作气隙的平方成反比。
第十章 电磁系统的吸力计算和静特性
L O G O 本章讲授内容（其中红色内容是重点）1．磁场的能量磁场能量的计算方法。
2．能量转换与电磁力的普遍公式虚位移原理、实用的电磁吸力计算公式。
3．麦克斯韦电磁吸力公式4．恒磁势与恒磁链条件下的吸力特性恒磁势与恒磁链条件下的吸力计算公式。
5．交流电磁吸力的特点与分磁环原理交流电磁吸力的计算方法、分磁环的参数计算。
6．静态吸力特性与反力特性的配合第十章电磁系统的吸力计算和静特性第十章L O G O 教学目的与要求：1、掌握麦克斯韦电磁吸力公式，熟悉能量转换与电磁力的普遍公式，了解恒磁势与恒磁链条件下的吸力。
2、掌握交流电磁吸力与分磁环的原理，熟悉静态吸力特性与反力特性的配合。
第十章电磁系统的吸力计算和静特性第十章L O G O 教学基本内容：1、磁场的能量；2、能量转换与电磁力的普遍公式；3、麦克斯韦电磁吸力公式；4、恒磁势与恒磁链条件下的吸力；5、交流电磁吸力与分磁环的原理；6、静态吸力特性与反力特性的配合。
第十章电磁系统的吸力计算和静特性第十章L O G O 教学重点与难点：1、能量转换与电磁力的普遍公式，麦克斯韦电磁吸力公式；2、交流电磁吸力与分磁环的原理和特性配合。
通过本章节的学习，学生应掌握能量平衡电磁吸力计算公式和麦克斯韦电磁吸力计算公式各自的适用范围，从实用的观点出发，后者较前者更有意义；还应掌握交流电磁吸力的计算与分磁环所解决的问题；熟悉静态吸力特性与反力特性的配合，是决定电磁系统特性指标与工作性能优劣的重要因素。
第十章电磁系统的吸力计算和静特性第十章§10-1 磁场的能量L O G O第十章一、磁场具有能量,该能量由外界能源在磁场建立过程产生。
电磁系统磁场建立过程的电路示意图。
L O G O 图中，电路电压平衡方程为：d E iRe iR dtϕ=−=+将上式两端均乘以“idt ”，并对其积分，有左端项表示电源在过渡过程中供给电路的能量，右端的第一项表示电阻在过渡过程中的发热损耗，第二项表示储存在磁场中的能量。
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电磁铁电磁力计算方法
1磁动势计算（又叫安匝数）
INE
匝数22)12(212dDDLdLdDDN
其中：
L
绕线宽度)(mm
2D
绕线外径)(mm
1D
绕线内径)(mm
d
漆包线直径)(mm
绕线长度
2
22
322121(21)=222(21)10()4DDDDLDDlDNNdLDDmd
绕
根据电阻公式
22
22
2
3324(21)(21)41010()d4LDDlLDDdRdS
绕
其中：
2
0.0178./mmm铜的电阻率
2
Smm漆包线的截面积（）
根据432222410(21)(21)dUUUdILDDRLDD
故磁动势
2
3
102(21)dUINDD
2磁感应强度计算（磁动势在磁路上往往有不同的磁降，但
每一圈的磁降和应等于磁动势）
即：()INHL
其中：
H磁场强度（A/m)
Lm该段磁介质的长度（）
一般情况下，电磁阀除气隙处外，其余部分均采用导磁性能
很好的材料，绝大部分磁动势降是在气隙处，
即
0
()INHLH
其中：
0
H气隙处磁场强度（A/m)
mm气隙长度（）即行程
而
0
0
0
=BH
其中：
0
B气隙中的磁感应强度（特斯拉)
-7
0
导磁率，410亨/米
所以：
3000=10BINH
又因为
2
3
102(21)dUINDD
故：2600102(21)dUBDD
3电磁力的计算
根据260001102FBS
其中：
0
B气隙中的磁感应强度（特斯拉)
-7
0
导磁率，410亨/米
F电磁力(N)
2
0
Smm气隙面积（）
又因为
2
6
0
0
102(21)dUBDD
所以：2262600000110[]1028(21)SdUFBSDD
其中：
-7
0
导磁率，410亨/米
;
2
0
Smm气隙面积（）
;
d
漆包线直径)(mm;
U电压（V）
;
2
0.0178./mmm铜的电阻率
;
2D
绕线外径)(mm;
1D
绕线内径)(mm;
mm气隙长度（）即行程
;