2022年电磁铁的吸力计算 .pdf

我将有关电磁铁吸力的计算方法稍作整理，如下：1、凡线圈通以直流电的电磁铁都称之为直流电磁铁。通常，直流电磁铁的衔铁和铁心均由软钢和工程纯铁制成。当电磁线圈接上电源时， 线圈中就有了激磁电流，使电磁铁回路中产生密集的磁通。该磁通作用于衔铁， 使衔铁受到电磁吸力的作用产生运动。从实践中发现，在同样大小的气隙下，铁心的激磁安匝越大，作用于衔铁的电磁吸力 x 就越大；或者说，在同样大小的激磁安匝下，气隙越小，作用于衔铁的电磁吸力x 就越大。通过理论分析可知，电磁吸力x 与和之间的关系可用下式来表达：x5.1I2（ dL/d）(其中 L线圈的电感) （ 11）在电磁铁未饱和的情况下,可以近似地认为线圈电感L=W2G(式中 G气隙的磁导) 。于是式（ 1 1）又可写为Fx=5.1 (IW)2d G/d（13）这就是说，作用于衔铁的电磁吸力Fx 是和电磁线圈激磁安匝数IW 的平方以及气隙磁导随气隙大小而改变的变化率d G/d成正比。气隙磁导G的大小是随磁极的形状和气隙的大小而改变的。如果气隙中的磁通为均匀分布，则气隙磁导可以表示为：G=0（ KS/） （亨）（14）式中：0空气的磁导率，=1.2510-8( 亨/ 厘米 ) ； S决定磁导和电磁吸力的衔铁面面积（厘米2） ；气隙长度，即磁极间的距离（厘米）；K考虑到磁通能从磁极边缘扩张通过气隙的一个系数，它大于1，而且值越大， K 值也就越大。可以推导出：d G/d=0（ S/2）于是有：Fx=5.10 (IW)2S/式中的负号表示随着气隙的减小，电磁吸力Fx随之增大，若不考虑磁极边缘存在的扩散磁通的影响（K 1） ，则气隙磁感强度为：B=/S= （IW）G/S= （IW ）0S/S=（IW 0）/所以电磁吸力的公式还可写为：Fx=5.1B2S/0 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 式中是以韦伯厘米为单位的，若改用高斯为单位，则上式又可写为：Fx=5.110B2S/1.2510-8=(B/5000)2S 将=BS代入上式，而以麦克斯韦为单位，则又可写为：Fx=（/5000）2（ 1/S）（156）这就是电磁吸力的麦克斯韦简化公式。通常，在衔铁气隙较大时， 以采用式（13）进行计算为宜；而当气隙较小，即衔铁闭合或接近闭合时，则以采用式（156）进行分析计算为宜。2、交流电磁铁交流电磁铁就是激励电流为交流的电磁铁。它与直流电磁铁不同之处在于：（1）以并激线圈而论，在电压已定的情况下，其电流不仅决定于线圈的电阻，更主要是决定于线圈的电抗（它是随着气隙的大小，即随衔铁的行程而改变的） ；（2）由于激磁电压是按正弦周期律变化的，因而磁通和电磁吸力也按正弦周期律变化。于是，当电流过零时，电磁吸力也等于零，致使电磁铁发生脉动，甚至发生振动。这就要求采取特殊措施以消除它，不然电磁铁就不能正常工作。交流电磁铁的电磁关系远比直流电磁铁复杂，主要原因：对直流电磁铁来说，任何“电”的变化，（如电压，电阻）都将引起“磁”的变化，但“磁”的变化却不会引起“电”的变化。但对于交流电磁铁来说，“电”的变化固然是“磁”变化的原因，而“磁”的变化又反过来影响“电”的变化。直流： U（R）I IW交流： UI （IW）（）E 众所周知，交流电路的电压平衡方程式有：U=E+IR （16）其中 E是电路中电感元件上产生的感应电动势，其值为：E=4.44fWm 10-8(伏) 式中 f 电源频率 ( 赫) m 铁心中磁通的最大值 ( 麦) 对于并激交流电磁铁来说，U E=4.44fWm 10-8( 伏) 即，当外加电压一定时， 铁心中磁通的幅值或磁链的幅值，基本上是一个恒值。如果忽略线圈电阻（因为它常常比线圈的电抗小很多），则线圈电流为： IU/WL L=W2G=W20S/，代入上式即，得： I=U（/ W20S）当外加电压 U线圈匝数 W ，电源角频率 和磁极，截面积 S均为定值时，激磁电流 I 与衔铁行程 成正比。交流电磁铁的吸力特性一般比较平坦，令B=BmSin t ，根据（ 1-5） ，有名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - Fx=（1/5000）2SBm2Sin2t =（1/5000）2SBm2 (1-cos2t)/2 若令电磁吸力最大值Fm=(Bm/5000)2S时 ，则上式可以写成：Fx=Fm= （1-cos2t ）/2= Fm/2- Fm/2 cos2t 若令电磁吸力不变分量F0= Fm/2 时，则得 Fx=F0（1-cos2t ）（18）由此可见，交流电磁铁的电磁吸力是一个二倍电源频率的周期性变量。它有两个分量：一个是恒定分量F0，其值为最大吸力值 Fm之半；另一个是交变分量Fm= F0cos2t ，其幅值变为最大吸力值之半，但以二倍电源频率变化。总的电磁吸力 Fx 则在从 0Fm的范围内变化 , 这就是交流电磁铁产生脉动和噪声的原因。电磁铁工作过程中，其衔铁始终受到释放弹簧及其它阻力之和F2的作用。一般 F 平均吸力 F 阻力，但有时 F 吸力 F阻力，则产生脉动和噪声。这就需要在铁心端部开一槽，嵌以分磁环（短路环）。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -