直流电磁铁设计共26 页编写：校对：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高的保证。

电磁铁设计的任务是合理的确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、基本公式和一般概念?（TB=） 1、均匀磁场S2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A）NI（A/m），H=建立了电流和磁场的关系。

3、磁场强度L该公式适用于粗细均匀的磁路B建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。

4、磁导率=?H?-7 = 10相对磁导率享/米×=4 π??r0?0NIΦ5、磁通=R M l =R磁阻M s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。

．F，磁感应强度与力的关系。

6、磁感应强度的定义式B=qv7、真空中无限长螺线管B=μnI。

对于长螺线管，端面处的01 nI。

B=μ0ψ2 8、磁效率当电磁铁接上电源，磁力还不足克服反力，按0～2的直线进行磁化，达到期初始工作点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Ⅱ为作功前电磁铁储存的能量，面积Ⅲ为电磁铁作的功。

．我们的目的是使Ⅰ和Ⅱ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）提高制造精度，使吸合后气隙最小，但要防止衔铁粘住。

面积Ⅱ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Ⅱ就大。

9、机械效率A =K1A0A：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 = K2A0G=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、结构系数K φ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较电磁铁，引入结构系数K 这个判据。

J．Q =Kφ Q-初始吸力（kg）δ-气隙长度（cm）Q正比于电磁铁的横截面；δ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。

12、电磁铁工作的过渡过程完成吸接通电源后，电磁铁从网络吸收能量，这个能量部分变成线圈的发热消耗，另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）热平衡公式1（．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。

当输入功率=发散的功率时Pdt=0+μsτdt=μsτdt，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τ。

当τ小于容许温升，产品运行是可靠的。

当τ大于容许温升，www产品是不可靠的。

（2）发热时间常数发热时间常τ=发热体从τ=0 发热到温升0.632τ时所需时yyτ间。

4达到稳定温升。

冷却时间常数和发热时间常数基本相同。

．（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，产品的温度达到或接近温升τ（产品温度不再升高）。

工作停y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。

2。

～长期工作制电流密度可按24A/mm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τ。

工作停止后,产品的温度又降到周围y介质温度。

短期工作制CGdτ（产品本身热容）是主要的方面。

2。

～30A/mm短期工作制电流密度按13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τ停止时产品降不到周围介质温度。

，y2～12A/mm重复短量工作制电流密度按514、漆包线等的耐温等级Y：90℃ A；105℃ QE：120℃ QQ QA QHB：130℃ QZ 云母石棉F：155℃ QZYH：180℃C：＞180℃ QY QXY辅助材料的耐热等级B级聚酯薄膜聚四氟乙烯薄膜级C．二、交、直流电磁铁比较1、直流的NI是不变的，是恒磁动势，吸力F与间隙δ的平方成反比。

2、交流磁链ψ（磁通φ与线圈的一些匝数相交链ψ=Nφ）近似常数，是恒磁链磁路，吸力F与间隙δ关系不大。

只是漏磁随间隙δ的增加而增加，故间隙δ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四、电磁铁的结构形式电磁铁的最优设计，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；拍合式特性比较陡，广泛用于接触器和继电器；螺管式，吸力特性比较平坦，用于长行程牵引和和制动电磁铁；机床电器如接触器、中间继电器电器基本上都是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。

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。

、要保证电磁铁可靠动作，在整个工作行程内，吸力均大于反2．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达到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BＳ（N）（1）Ｆ＝??20２）式中：Ｓ－磁极总面积（ｍＢ－气隙磁感应强度（T）δ?S012-6（N） 10））（2F=（IN×2? 22和 cmcm δS式中：和的单位为）吸力和气隙的关系3（．IN1FIN2δ（厘米）2、衔铁的行程H3、容许温升（℃）；重复短时1τ＜τ4、工作制：长期工作制=1；短时工作制1。

重复短时工作制还应给出接通时间或循环时间。

τ工作制＜5、电磁铁的工作电压。

（二）、计算Q计算结构系数=K 1、按公式Hφ H2、根据计算出的结构系数值,按表1确定导磁体类型表193大1692.62411.80.2小于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δLL（线圈的长高比）=值R2?R1h表2表3表4表2、表3、表4、表5是电磁铁长期工作的B，如果是δ短时工作制或反复短时工作制，应加大10～15%。

LL（线圈子的长高比，也叫窗口尺寸）=对于比值，如R?1R2h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（公斤）（π=根据电磁吸力公式Q1）?1H25000 22RB式中B 气隙中的磁通密度（高）-δ．2）（）由（1）式得R= （cm H12?B? 2）式计算。

1、2Q5000盘式和吸入式平头电磁铁的衔铁半径可直接用（、吸入式锥台座电磁铁2Q吸力Q= h2?cos2 cosα行程δ=δH-α锥度角式中）式计再按（2吸入式锥台座电磁铁的衔铁半径将Q 换成Q H算。

、拍合式电磁铁3R。

对于铁心的半径2）算出极靴的半径R1 可直接用公式（C?B =R1R?C B CT式中：B=4000～12000CT根据电磁铁要求的灵敏度,灵敏度高的选小值。

3～=1.3σ拍合式电磁铁的铁心和衔、线圈的总磁动势方k=1.2～1.55ct试验表明，导磁体内磁动势占电磁铁总磁动c0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+F+F φδCT∑式中：F 气隙中的磁动势-δ．-导磁体中的磁动势 F CT非工作气隙中的磁动势-F5 ）长度（12?4??105F =L?3K?Kf2YK式中：φ、确定线圈的长度和高度ρ-漆包线的电阻率θF-总磁势τ-工作制系数K-散热系数θ-温升y填充系数-f K f填充系数表7 K漆包线直径（mm）手动绕线自动绕线0.38 0.1 0.440.15 0.4950.48 0.2 0.5350.54 0.30.570.4表8 K-散热系数L(2)R2=+R1 K L K1?R2R h=R2-R1 K(3)R3= 222R?1R．）2(4)线圈的长 L=βb（m）β:螺管式取β=7～８7、确定漆包线直径?(2R1?h)F d=0.2?K U U-工作电压。

（四）、复算、修正导磁体的尺寸和漆包线的径1．计算中心出的导磁体尺寸，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）、层间绝缘层厚度等进行曲计算。

3、计算实际的填充系数fqW f= (R2?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RL R=ρ0θq式中：线圈漆包线长度L=2πRW cp0R1?R2?? R=cp2 5、线圈电流U I= R6、线圈磁势F=IW ∑7真正温升θθ= ?L)?R1(2KfR2K温升τ应小于线圈所用2?4??10F材料的绝缘等级。