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第一篇 执行元件第1页，本讲稿共46页第一篇第一篇 执行元件执行元件第一第一章章 电磁铁和电磁继电器电磁铁和电磁继电器1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特征电磁铁的静吸力和静吸力特征1.2 1.2 电磁继电器和接触器电磁继电器和接触器1.3 1.3 新型继电器举例新型继电器举例上一页 下一页第2页，本讲稿共46页第一章第一章 电磁铁和电磁继电器电磁铁和电磁继电器 电磁铁和电磁继电器都是利用电磁力（或力矩电磁铁和电磁继电器都是利用电磁力（或力矩电磁铁和电磁继电器都是利用电磁力（或力矩电磁铁和电磁继电器都是利用电磁力（或力矩)把电能（或电信号把电能（或电信号把电能（或电信号把电能（或电信号)转换成机械能（或位移信号转换成机械能（或位移信号转换成机械能（或位移信号转换成机械能（或位移信号)的电磁元件。由工作原理可知，电磁铁主的电磁元件。由工作原理可知，电磁铁主的电磁元件。由工作原理可知，电磁铁主的电磁元件。由工作原理可知，电磁铁主要由励磁线圈、静止铁心、衔铁（动铁心要由励磁线圈、静止铁心、衔铁（动铁心要由励磁线圈、静止铁心、衔铁（动铁心要由励磁线圈、静止铁心、衔铁（动铁心)和返回弹簧等组成。按照产和返回弹簧等组成。按照产和返回弹簧等组成。按照产和返回弹簧等组成。按照产生电磁吸力的原理，电磁铁可分为三大类，如生电磁吸力的原理，电磁铁可分为三大类，如生电磁吸力的原理，电磁铁可分为三大类，如生电磁吸力的原理，电磁铁可分为三大类，如图图图图1.0.21.0.21.0.21.0.2所示，即拍合所示，即拍合所示，即拍合所示，即拍合式、吸入式和旋转式。电磁继电器、接触器的工作原理与电磁铁相同，式、吸入式和旋转式。电磁继电器、接触器的工作原理与电磁铁相同，式、吸入式和旋转式。电磁继电器、接触器的工作原理与电磁铁相同，式、吸入式和旋转式。电磁继电器、接触器的工作原理与电磁铁相同，只是结构上增加了触头（或触点只是结构上增加了触头（或触点只是结构上增加了触头（或触点只是结构上增加了触头（或触点)系统。系统。系统。系统。按励磁电流的不同，电磁铁可分为直流和交流电磁铁两大类。按励磁电流的不同，电磁铁可分为直流和交流电磁铁两大类。按励磁电流的不同，电磁铁可分为直流和交流电磁铁两大类。按励磁电流的不同，电磁铁可分为直流和交流电磁铁两大类。下一页下一页下一页下一页 返回返回返回返回第3页，本讲稿共46页图图1.0.2 1.0.2 电磁铁的分类电磁铁的分类（a a a a）拍合式；（）拍合式；（）拍合式；（）拍合式；（b b b b）吸入式；（）吸入式；（）吸入式；（）吸入式；（c c c c）旋转式）旋转式）旋转式）旋转式1-1-1-1-动铁心；动铁心；动铁心；动铁心；2-2-2-2-线圈；线圈；线圈；线圈；3-3-3-3-静铁心；静铁心；静铁心；静铁心；4-4-4-4-导磁外壳；导磁外壳；导磁外壳；导磁外壳；5-5-5-5-旋转衔铁旋转衔铁旋转衔铁旋转衔铁返回第4页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁是靠电磁吸力（或力矩电磁铁是靠电磁吸力（或力矩电磁铁是靠电磁吸力（或力矩电磁铁是靠电磁吸力（或力矩)做功的。电磁铁作为能量转换装做功的。电磁铁作为能量转换装做功的。电磁铁作为能量转换装做功的。电磁铁作为能量转换装置，通过磁场作媒介，把输入的电能转换为机械能。因此讨论电磁铁的置，通过磁场作媒介，把输入的电能转换为机械能。因此讨论电磁铁的置，通过磁场作媒介，把输入的电能转换为机械能。因此讨论电磁铁的置，通过磁场作媒介，把输入的电能转换为机械能。因此讨论电磁铁的吸力和吸力特性，先要分析电磁铁中的能量关系。吸力和吸力特性，先要分析电磁铁中的能量关系。吸力和吸力特性，先要分析电磁铁中的能量关系。吸力和吸力特性，先要分析电磁铁中的能量关系。1.1.1 1.1.1 1.1.1 1.1.1 电磁铁中的能量转换电磁铁中的能量转换电磁铁中的能量转换电磁铁中的能量转换 图图图图1.1.11.1.11.1.11.1.1所示的直流拍合式电磁铁中，假设电压所示的直流拍合式电磁铁中，假设电压所示的直流拍合式电磁铁中，假设电压所示的直流拍合式电磁铁中，假设电压U U U U、电流、电流、电流、电流i i i i、电势、电势、电势、电势e e e e和和和和磁通磁通磁通磁通为相关方向。衔铁位移以静铁心端面为坐标原点，向上为正。为相关方向。衔铁位移以静铁心端面为坐标原点，向上为正。为相关方向。衔铁位移以静铁心端面为坐标原点，向上为正。为相关方向。衔铁位移以静铁心端面为坐标原点，向上为正。为讨论方便做如下假设：为讨论方便做如下假设：为讨论方便做如下假设：为讨论方便做如下假设：（1)1)1)1)认为铁心不饱和（铁心导磁系数认为铁心不饱和（铁心导磁系数认为铁心不饱和（铁心导磁系数认为铁心不饱和（铁心导磁系数FeFeFeFe为常数为常数为常数为常数)；（2)2)2)2)忽略漏磁影响；忽略漏磁影响；忽略漏磁影响；忽略漏磁影响；（3)3)3)3)当工作气隙当工作气隙当工作气隙当工作气隙1111变化时，铁心饱和程度不变；变化时，铁心饱和程度不变；变化时，铁心饱和程度不变；变化时，铁心饱和程度不变；上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第5页，本讲稿共46页图图1.1.1 1.1.1 直流电磁铁原理图直流电磁铁原理图返回返回返回返回第6页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性（4)4)4)4)衔铁与静止铁心之间的气隙为衔铁与静止铁心之间的气隙为衔铁与静止铁心之间的气隙为衔铁与静止铁心之间的气隙为1111，并保持，并保持，并保持，并保持1111不变，即衔铁不动。当开关不变，即衔铁不动。当开关不变，即衔铁不动。当开关不变，即衔铁不动。当开关K K K K合上瞬间，由于线圈存在自感，电流不能马上达到稳合上瞬间，由于线圈存在自感，电流不能马上达到稳合上瞬间，由于线圈存在自感，电流不能马上达到稳合上瞬间，由于线圈存在自感，电流不能马上达到稳定状态，根据电路的基尔霍夫第二定律，此时电路平衡方程式为定状态，根据电路的基尔霍夫第二定律，此时电路平衡方程式为定状态，根据电路的基尔霍夫第二定律，此时电路平衡方程式为定状态，根据电路的基尔霍夫第二定律，此时电路平衡方程式为 e=iR-U e=iR-U e=iR-U e=iR-U U=-e+iR=(1.1.1)U=-e+iR=(1.1.1)U=-e+iR=(1.1.1)U=-e+iR=(1.1.1)式中，式中，式中，式中，RRRR线圈回路总电阻；线圈回路总电阻；线圈回路总电阻；线圈回路总电阻；eeee线圈的自感电势；线圈的自感电势；线圈的自感电势；线圈的自感电势；线圈的磁链，线圈的磁链，线圈的磁链，线圈的磁链，=N=N=N=N；NNNN线圈匝数。线圈匝数。线圈匝数。线圈匝数。对直流电磁铁，当电流达到稳定后对直流电磁铁，当电流达到稳定后对直流电磁铁，当电流达到稳定后对直流电磁铁，当电流达到稳定后,=0,=0,=0,=0,自感电势为零，自感电势为零，自感电势为零，自感电势为零，I=I=I=I=上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第7页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性将式（将式（将式（将式（1.1.1)1.1.1)1.1.1)1.1.1)两边乘以两边乘以两边乘以两边乘以idtidtidtidt，并积分得，并积分得，并积分得，并积分得 =+=+(1.1.2)式中，式中，式中，式中，从从从从0 0 0 0到到到到t1t1t1t1时间内电源提供的能量；时间内电源提供的能量；时间内电源提供的能量；时间内电源提供的能量；从从从从0 0 0 0到到到到t1t1t1t1时间内电阻消耗的能量；时间内电阻消耗的能量；时间内电阻消耗的能量；时间内电阻消耗的能量；从从从从0 0 0 0到到到到t1t1t1t1时间内转换为磁场的能量。时间内转换为磁场的能量。时间内转换为磁场的能量。时间内转换为磁场的能量。上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第8页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特电磁铁的静吸力和静吸力特 转换为磁场的能量一部分储存在铁心内，另一部分储存在气隙转换为磁场的能量一部分储存在铁心内，另一部分储存在气隙转换为磁场的能量一部分储存在铁心内，另一部分储存在气隙转换为磁场的能量一部分储存在铁心内，另一部分储存在气隙内。这可用图解法求出。如内。这可用图解法求出。如内。这可用图解法求出。如内。这可用图解法求出。如图图图图1.1.21.1.21.1.21.1.2所示的磁系统的总磁势所示的磁系统的总磁势所示的磁系统的总磁势所示的磁系统的总磁势F F F Fm m m m=IN=IN=IN=IN。当。当。当。当气隙为气隙为气隙为气隙为1 1 1 1时，气隙磁导线时，气隙磁导线时，气隙磁导线时，气隙磁导线ABABABAB1 1 1 1的斜率的斜率的斜率的斜率tantantantan1 1 1 1=，它与该系它与该系它与该系它与该系统磁化曲线统磁化曲线统磁化曲线统磁化曲线OB1OB1OB1OB1的交点的交点的交点的交点B1B1B1B1即为此时该磁系统的工作点。此时即为此时该磁系统的工作点。此时即为此时该磁系统的工作点。此时即为此时该磁系统的工作点。此时铁心内磁压降铁心内磁压降铁心内磁压降铁心内磁压降 如图中如图中如图中如图中OCOCOCOC1 1 1 1，气隙内磁压降，气隙内磁压降，气隙内磁压降，气隙内磁压降 为为为为C C C C1 1 1 1A A A A。Fm=IN=+Fm=IN=+Fm=IN=+Fm=IN=+。该磁系统由。该磁系统由。该磁系统由。该磁系统由t=0t=0t=0t=0到到到到t t t t1 1 1 1时刻，主磁时刻，主磁时刻，主磁时刻，主磁通通通通 由由由由0 0 0 0到到到到1111，转换为磁场内储存的总磁能，转换为磁场内储存的总磁能，转换为磁场内储存的总磁能，转换为磁场内储存的总磁能上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第9页，本讲稿共46页图图1.1.2 1.1.2 线性磁系统的磁场能量线性磁系统的磁场能量返回返回返回返回第10页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性 =上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第11页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性1.1.2 1.1.2 1.1.2 1.1.2 电磁铁的静吸力特征电磁铁的静吸力特征电磁铁的静吸力特征电磁铁的静吸力特征 电磁铁的静吸力特性是指衔铁处在不同位置并且静止时，保持线圈电磁铁的静吸力特性是指衔铁处在不同位置并且静止时，保持线圈电磁铁的静吸力特性是指衔铁处在不同位置并且静止时，保持线圈电磁铁的静吸力特性是指衔铁处在不同位置并且静止时，保持线圈电流（磁势电流（磁势电流（磁势电流（磁势)不变的情况下，作用在衔铁上的电磁吸力不变的情况下，作用在衔铁上的电磁吸力不变的情况下，作用在衔铁上的电磁吸力不变的情况下，作用在衔铁上的电磁吸力F F F Fd d d d（或电磁力矩（或电磁力矩（或电磁力矩（或电磁力矩M M M Md d d d)和工作气隙和工作气隙和工作气隙和工作气隙的关系，即的关系，即的关系，即的关系，即F F F Fd d d d=f=f=f=f（)或或或或M M M Md d d d=f=f=f=f（)。设时间从设时间从设时间从设时间从t t t t1 1 1 1tttt2 2 2 2时，衔铁在电磁力作用下做机械运动，电磁力方时，衔铁在电磁力作用下做机械运动，电磁力方时，衔铁在电磁力作用下做机械运动，电磁力方时，衔铁在电磁力作用下做机械运动，电磁力方向指向静铁心端面，那么气隙向指向静铁心端面，那么气隙向指向静铁心端面，那么气隙向指向静铁心端面，那么气隙1 1 1 1下降到下降到下降到下降到2 2 2 2，此时气隙磁阻为，此时气隙磁阻为，此时气隙磁阻为，此时气隙磁阻为2 2 2 2/(/(/(/(0 0 0 0A)A)A)A)，A A A A为气隙截面积，相应气隙磁导线斜率为气隙截面积，相应气隙磁导线斜率为气隙截面积，相应气隙磁导线斜率为气隙截面积，相应气隙磁导线斜率tantantantan2 2 2 2=0 0 0 0A/A/A/A/2 2 2 2，大于大于大于大于tantantantan1 1 1 1=0 0 0 0A/A/A/A/1 1 1 1，如，如，如，如图图图图1.1.31.1.31.1.31.1.3所示。所示。所示。所示。前面已求出当气隙为前面已求出当气隙为前面已求出当气隙为前面已求出当气隙为1 1 1 1时磁场储存的能量时磁场储存的能量时磁场储存的能量时磁场储存的能量 上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第12页，本讲稿共46页图图1.1.3 图解法求线性磁系统的电磁吸力图解法求线性磁系统的电磁吸力返回返回返回返回第13页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性 =当气隙为当气隙为当气隙为当气隙为2 2 2 2时磁场储存的能量为时磁场储存的能量为时磁场储存的能量为时磁场储存的能量为 =电磁铁线圈始终接在电源上，时间从电磁铁线圈始终接在电源上，时间从电磁铁线圈始终接在电源上，时间从电磁铁线圈始终接在电源上，时间从t t t t1 1 1 1tttt2 2 2 2，1 1 1 1下降到下降到下降到下降到2 2 2 2时，时，时，时，该磁系统又从电源吸收了一部分能量，并转换为磁场能量，所增加的该磁系统又从电源吸收了一部分能量，并转换为磁场能量，所增加的该磁系统又从电源吸收了一部分能量，并转换为磁场能量，所增加的该磁系统又从电源吸收了一部分能量，并转换为磁场能量，所增加的磁场能量由磁场能量由磁场能量由磁场能量由 可求出，以可求出，以可求出，以可求出，以W W W Wm m m m表示。表示。表示。表示。上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第14页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性 W W W Wm m m m=由能量守恒定律，磁系统原来储存的能量由能量守恒定律，磁系统原来储存的能量由能量守恒定律，磁系统原来储存的能量由能量守恒定律，磁系统原来储存的能量 ，又从电源吸收的，又从电源吸收的，又从电源吸收的，又从电源吸收的能量能量能量能量W W W Wm m m m和现在磁系统所储存的能量和现在磁系统所储存的能量和现在磁系统所储存的能量和现在磁系统所储存的能量 及电磁力作用下衔铁从及电磁力作用下衔铁从及电磁力作用下衔铁从及电磁力作用下衔铁从1 1 1 1移动移动移动移动到到到到2 2 2 2所做的机械功所做的机械功所做的机械功所做的机械功WWWW平衡。机械功平衡。机械功平衡。机械功平衡。机械功W=FW=FW=FW=Fdpdpdpdp(2 2 2 21 1 1 1)=)=)=)=F F F Fdpdpdpdp。用式表达为用式表达为用式表达为用式表达为W=+WW=+WW=+WW=+Wm m m m-=-=-=-=-=-上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第15页，本讲稿共46页1.1 1.1 1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性当当当当很小时，很小时，很小时，很小时，很小，可以忽略，由此很小，可以忽略，由此很小，可以忽略，由此很小，可以忽略，由此 -=-=-（1.1.31.1.31.1.31.1.3）式中，式中，式中，式中，为气隙磁导，为气隙磁导，为气隙磁导，为气隙磁导，=，负号表示电磁作用方向始，负号表示电磁作用方向始，负号表示电磁作用方向始，负号表示电磁作用方向始终指向气隙减小方向。终指向气隙减小方向。终指向气隙减小方向。终指向气隙减小方向。对衔铁作旋转运动的电磁铁，用完全相同的方法可推出对衔铁作旋转运动的电磁铁，用完全相同的方法可推出对衔铁作旋转运动的电磁铁，用完全相同的方法可推出对衔铁作旋转运动的电磁铁，用完全相同的方法可推出作用在衔铁上的电磁力矩为作用在衔铁上的电磁力矩为作用在衔铁上的电磁力矩为作用在衔铁上的电磁力矩为 =（1.1.51.1.51.1.51.1.5）上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第16页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性 当磁通当磁通当磁通当磁通单位为单位为单位为单位为WbWbWbWb，磁压降，磁压降，磁压降，磁压降U U U U单位为单位为单位为单位为A A A A，气隙磁阻，气隙磁阻，气隙磁阻，气隙磁阻R R R R单位为单位为单位为单位为H H H H-1-1-1-1，气隙长度单位为气隙长度单位为气隙长度单位为气隙长度单位为m m m m时，电磁力时，电磁力时，电磁力时，电磁力F F F Fdpdpdpdp单位为单位为单位为单位为N N N N，电磁力矩，电磁力矩，电磁力矩，电磁力矩M M M Md d d d单位为单位为单位为单位为NmNmNmNm。1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 图同结构电磁铁的静吸力特征图同结构电磁铁的静吸力特征图同结构电磁铁的静吸力特征图同结构电磁铁的静吸力特征一、拍合式电磁铁一、拍合式电磁铁一、拍合式电磁铁一、拍合式电磁铁 它的结构特点是气隙不大，气隙内磁场分布均匀，它的结构特点是气隙不大，气隙内磁场分布均匀，它的结构特点是气隙不大，气隙内磁场分布均匀，它的结构特点是气隙不大，气隙内磁场分布均匀，当铁心不饱和时当铁心不饱和时当铁心不饱和时当铁心不饱和时 ，=IN,=IN,则则则则 =二、吸入式电磁铁二、吸入式电磁铁二、吸入式电磁铁二、吸入式电磁铁上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第17页，本讲稿共46页1.1 1.1 1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性 在吸入式电磁铁中，除了工作气隙中会产生电磁力外，在螺管式在吸入式电磁铁中，除了工作气隙中会产生电磁力外，在螺管式在吸入式电磁铁中，除了工作气隙中会产生电磁力外，在螺管式在吸入式电磁铁中，除了工作气隙中会产生电磁力外，在螺管式励磁线圈与衔铁侧面气隙中，由于衔铁运动时漏磁通将发生变化，也励磁线圈与衔铁侧面气隙中，由于衔铁运动时漏磁通将发生变化，也励磁线圈与衔铁侧面气隙中，由于衔铁运动时漏磁通将发生变化，也励磁线圈与衔铁侧面气隙中，由于衔铁运动时漏磁通将发生变化，也会产生吸力，称为螺管力，如会产生吸力，称为螺管力，如会产生吸力，称为螺管力，如会产生吸力，称为螺管力，如图图图图1.1.51.1.51.1.51.1.5所示。所示。所示。所示。当不考虑导磁体的磁阻和非工作气隙的影响时，吸入式电磁铁衔当不考虑导磁体的磁阻和非工作气隙的影响时，吸入式电磁铁衔当不考虑导磁体的磁阻和非工作气隙的影响时，吸入式电磁铁衔当不考虑导磁体的磁阻和非工作气隙的影响时，吸入式电磁铁衔铁所受的电磁力为铁所受的电磁力为铁所受的电磁力为铁所受的电磁力为 =-（1.1.71.1.7）由式（由式（由式（由式（1.1.7)1.1.7)1.1.7)1.1.7)可知，吸入式电磁铁中，作用在衔铁上的电磁力是可知，吸入式电磁铁中，作用在衔铁上的电磁力是可知，吸入式电磁铁中，作用在衔铁上的电磁力是可知，吸入式电磁铁中，作用在衔铁上的电磁力是两部分力的合成。两部分力的合成。两部分力的合成。两部分力的合成。上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第18页，本讲稿共46页图图1.1.5 1.1.5 螺管力的产生螺管力的产生返回返回返回返回第19页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性三、旋转式电磁铁三、旋转式电磁铁三、旋转式电磁铁三、旋转式电磁铁 旋转式电磁铁转动时，通常漏磁变化不大，因此可用式（旋转式电磁铁转动时，通常漏磁变化不大，因此可用式（旋转式电磁铁转动时，通常漏磁变化不大，因此可用式（旋转式电磁铁转动时，通常漏磁变化不大，因此可用式（1.1.5)1.1.5)1.1.5)1.1.5)来计算电磁力矩。与拍合式电磁铁不同的是其衔铁的运动方向垂直于来计算电磁力矩。与拍合式电磁铁不同的是其衔铁的运动方向垂直于来计算电磁力矩。与拍合式电磁铁不同的是其衔铁的运动方向垂直于来计算电磁力矩。与拍合式电磁铁不同的是其衔铁的运动方向垂直于磁力线方向。电磁力矩的方向总是力图使衔铁运动到整个磁路磁阻最磁力线方向。电磁力矩的方向总是力图使衔铁运动到整个磁路磁阻最磁力线方向。电磁力矩的方向总是力图使衔铁运动到整个磁路磁阻最磁力线方向。电磁力矩的方向总是力图使衔铁运动到整个磁路磁阻最小的位置，如图小的位置，如图小的位置，如图小的位置，如图1.0.21.0.21.0.21.0.2（c)c)c)c)所示的旋转式电磁铁中，电磁力矩的方向为所示的旋转式电磁铁中，电磁力矩的方向为所示的旋转式电磁铁中，电磁力矩的方向为所示的旋转式电磁铁中，电磁力矩的方向为顺时针方向。当衔铁转动时，气隙顺时针方向。当衔铁转动时，气隙顺时针方向。当衔铁转动时，气隙顺时针方向。当衔铁转动时，气隙的大小并不改变，但气隙截面积的大小并不改变，但气隙截面积的大小并不改变，但气隙截面积的大小并不改变，但气隙截面积A A A A随转角随转角随转角随转角而变化。如不考虑漏磁，则气隙磁导可由下式计算而变化。如不考虑漏磁，则气隙磁导可由下式计算而变化。如不考虑漏磁，则气隙磁导可由下式计算而变化。如不考虑漏磁，则气隙磁导可由下式计算 =上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第20页，本讲稿共46页1.1 1.1 1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性 衔铁旋转时，左、右两个气隙的极面下磁导都发生变化，都有力矩衔铁旋转时，左、右两个气隙的极面下磁导都发生变化，都有力矩衔铁旋转时，左、右两个气隙的极面下磁导都发生变化，都有力矩衔铁旋转时，左、右两个气隙的极面下磁导都发生变化，都有力矩产生，因此电磁转矩为产生，因此电磁转矩为产生，因此电磁转矩为产生，因此电磁转矩为 =-=-（1.1.81.1.8）例例例例1 1 1 1 一个电磁铁如一个电磁铁如一个电磁铁如一个电磁铁如图图图图1.1.81.1.81.1.81.1.8所示，衔铁所示，衔铁所示，衔铁所示，衔铁R R R R和中心铁柱的截面积都为和中心铁柱的截面积都为和中心铁柱的截面积都为和中心铁柱的截面积都为A A A A，气，气，气，气隙长度为隙长度为隙长度为隙长度为，励磁线圈匝数为，励磁线圈匝数为，励磁线圈匝数为，励磁线圈匝数为N N N N。当接在直流电源上时，电流为。当接在直流电源上时，电流为。当接在直流电源上时，电流为。当接在直流电源上时，电流为I I I I，假设，假设，假设，假设铁心磁导率铁心磁导率铁心磁导率铁心磁导率FeFeFeFe=，不计气隙的边缘效应和漏磁，忽略衔铁与固定铁，不计气隙的边缘效应和漏磁，忽略衔铁与固定铁，不计气隙的边缘效应和漏磁，忽略衔铁与固定铁，不计气隙的边缘效应和漏磁，忽略衔铁与固定铁心滑动面之间的气隙，求作用在衔铁上的电磁力心滑动面之间的气隙，求作用在衔铁上的电磁力心滑动面之间的气隙，求作用在衔铁上的电磁力心滑动面之间的气隙，求作用在衔铁上的电磁力F F F Fdpdpdpdp。上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第21页，本讲稿共46页图图1.1.8 1.1.8 例例1 1题图题图返回返回返回返回第22页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性 由已知条件可知该磁路是线性的，铁心磁压降可忽略不计，则由已知条件可知该磁路是线性的，铁心磁压降可忽略不计，则由已知条件可知该磁路是线性的，铁心磁压降可忽略不计，则由已知条件可知该磁路是线性的，铁心磁压降可忽略不计，则U U U U=IN=IN=IN=IN。气隙磁导为气隙磁导为气隙磁导为气隙磁导为 =1.1.4 1.1.4 1.1.4 1.1.4 交流嗲磁铁的吸力交流嗲磁铁的吸力交流嗲磁铁的吸力交流嗲磁铁的吸力 电磁铁的励磁绕组由交流电源供电的，称为交流电磁铁。一般情况电磁铁的励磁绕组由交流电源供电的，称为交流电磁铁。一般情况电磁铁的励磁绕组由交流电源供电的，称为交流电磁铁。一般情况电磁铁的励磁绕组由交流电源供电的，称为交流电磁铁。一般情况下，如果电源电压是正弦的交流电压，则磁通也是时间的正弦函数。任下，如果电源电压是正弦的交流电压，则磁通也是时间的正弦函数。任下，如果电源电压是正弦的交流电压，则磁通也是时间的正弦函数。任下，如果电源电压是正弦的交流电压，则磁通也是时间的正弦函数。任一瞬时的电磁吸力一瞬时的电磁吸力一瞬时的电磁吸力一瞬时的电磁吸力f f f fd d d d取决于该瞬时的磁通值，因此其电磁吸力也将是周取决于该瞬时的磁通值，因此其电磁吸力也将是周取决于该瞬时的磁通值，因此其电磁吸力也将是周取决于该瞬时的磁通值，因此其电磁吸力也将是周期性地变化的。期性地变化的。期性地变化的。期性地变化的。上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第23页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页设工作气隙中的磁通为设工作气隙中的磁通为设工作气隙中的磁通为设工作气隙中的磁通为 =，为磁通的最大值。为磁通的最大值。为磁通的最大值。为磁通的最大值。当电磁铁磁路不饱和，并忽略漏磁影响时，对拍合式交流电磁铁的电当电磁铁磁路不饱和，并忽略漏磁影响时，对拍合式交流电磁铁的电当电磁铁磁路不饱和，并忽略漏磁影响时，对拍合式交流电磁铁的电当电磁铁磁路不饱和，并忽略漏磁影响时，对拍合式交流电磁铁的电磁力可按下式计算磁力可按下式计算磁力可按下式计算磁力可按下式计算 =将将将将 代入得代入得代入得代入得 =-=-（1.1.91.1.9）式中，式中，式中，式中，F Fdmdm最大电磁吸力。最大电磁吸力。最大电磁吸力。最大电磁吸力。电磁吸力电磁吸力电磁吸力电磁吸力f f f fd d d d(t)(t)(t)(t)与时间关系如与时间关系如与时间关系如与时间关系如图图图图1.1.91.1.91.1.91.1.9所示。由式（所示。由式（所示。由式（所示。由式（1.1.9)1.1.9)1.1.9)1.1.9)可知，交流电磁吸力包括两个分量，即可知，交流电磁吸力包括两个分量，即可知，交流电磁吸力包括两个分量，即可知，交流电磁吸力包括两个分量，即 =第24页，本讲稿共46页图图图图1.1.9 1.1.9 拍合式交流电磁铁磁通与电磁力拍合式交流电磁铁磁通与电磁力拍合式交流电磁铁磁通与电磁力拍合式交流电磁铁磁通与电磁力返回返回返回返回第25页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性例例例例2 2 2 2 图图图图1.1.81.1.81.1.81.1.8所示的电磁铁，其他条件均不改变。当励磁线圈接在交流所示的电磁铁，其他条件均不改变。当励磁线圈接在交流所示的电磁铁，其他条件均不改变。当励磁线圈接在交流所示的电磁铁，其他条件均不改变。当励磁线圈接在交流电源上，感应电势为电源上，感应电势为电源上，感应电势为电源上，感应电势为e=Esinte=Esinte=Esinte=Esint时，如忽略线圈电阻和漏磁通，求作时，如忽略线圈电阻和漏磁通，求作时，如忽略线圈电阻和漏磁通，求作时，如忽略线圈电阻和漏磁通，求作用在衔铁上的电磁力。用在衔铁上的电磁力。用在衔铁上的电磁力。用在衔铁上的电磁力。解：由题意，此时气隙磁通解：由题意，此时气隙磁通解：由题意，此时气隙磁通解：由题意，此时气隙磁通 为为为为 =-=-=-=-=则电磁力为则电磁力为则电磁力为则电磁力为 =平均电磁力为平均电磁力为平均电磁力为平均电磁力为 =这里这里这里这里上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第26页，本讲稿共46页1.1 1.1 1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性1.1.5 1.1.5 1.1.5 1.1.5 电磁铁的特性参数与应用电磁铁的特性参数与应用电磁铁的特性参数与应用电磁铁的特性参数与应用一、电磁铁的特性参数一、电磁铁的特性参数一、电磁铁的特性参数一、电磁铁的特性参数通常以下列特性参数来表示电磁铁的工作性能：通常以下列特性参数来表示电磁铁的工作性能：通常以下列特性参数来表示电磁铁的工作性能：通常以下列特性参数来表示电磁铁的工作性能：(1)(1)(1)(1)吸力特性吸力特性吸力特性吸力特性 指电磁铁在一定的励磁磁势下衔铁的吸力（力矩指电磁铁在一定的励磁磁势下衔铁的吸力（力矩指电磁铁在一定的励磁磁势下衔铁的吸力（力矩指电磁铁在一定的励磁磁势下衔铁的吸力（力矩)与衔铁与衔铁与衔铁与衔铁行程（转角行程（转角行程（转角行程（转角)间的关系。特别是衔铁的行程和衔铁在初始位置时的吸力间的关系。特别是衔铁的行程和衔铁在初始位置时的吸力间的关系。特别是衔铁的行程和衔铁在初始位置时的吸力间的关系。特别是衔铁的行程和衔铁在初始位置时的吸力值，是使用者在选用电磁铁时要注意的两个重要参数。值，是使用者在选用电磁铁时要注意的两个重要参数。值，是使用者在选用电磁铁时要注意的两个重要参数。值，是使用者在选用电磁铁时要注意的两个重要参数。(2)(2)(2)(2)额定工作电压额定工作电压额定工作电压额定工作电压 指电磁铁可靠工作时绕组线圈所加的电压（指电磁铁可靠工作时绕组线圈所加的电压（指电磁铁可靠工作时绕组线圈所加的电压（指电磁铁可靠工作时绕组线圈所加的电压（V)V)V)V)。(3)(3)(3)(3)电磁铁的吸合电压电磁铁的吸合电压电磁铁的吸合电压电磁铁的吸合电压U U U Uxhxhxhxh（或吸合电流（或吸合电流（或吸合电流（或吸合电流I I I Ixhxhxhxh)它是能使衔铁从初始位置运它是能使衔铁从初始位置运它是能使衔铁从初始位置运它是能使衔铁从初始位置运动到完全吸合位置的线圈最小电压（或电流动到完全吸合位置的线圈最小电压（或电流动到完全吸合位置的线圈最小电压（或电流动到完全吸合位置的线圈最小电压（或电流)值。在此电压（或电流值。在此电压（或电流值。在此电压（或电流值。在此电压（或电流)作作作作用下，电磁铁吸力特性处处都应大于（或等于用下，电磁铁吸力特性处处都应大于（或等于用下，电磁铁吸力特性处处都应大于（或等于用下，电磁铁吸力特性处处都应大于（或等于)衔铁对应位置的反作用衔铁对应位置的反作用衔铁对应位置的反作用衔铁对应位置的反作用力（或力矩力（或力矩力（或力矩力（或力矩)。上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第27页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性(4)(4)(4)(4)电磁铁的释放电压电磁铁的释放电压电磁铁的释放电压电磁铁的释放电压U U U Usfsfsfsf（或电流（或电流（或电流（或电流I I I Isfsfsfsf)它是指能使衔铁从吸合位置返它是指能使衔铁从吸合位置返它是指能使衔铁从吸合位置返它是指能使衔铁从吸合位置返回初始位置的线圈最大电压（或电流回初始位置的线圈最大电压（或电流回初始位置的线圈最大电压（或电流回初始位置的线圈最大电压（或电流)值。此时对应的电磁吸力（力矩值。此时对应的电磁吸力（力矩值。此时对应的电磁吸力（力矩值。此时对应的电磁吸力（力矩)都应等于或小于作用在衔铁上的反作用力（力矩都应等于或小于作用在衔铁上的反作用力（力矩都应等于或小于作用在衔铁上的反作用力（力矩都应等于或小于作用在衔铁上的反作用力（力矩)。(5)(5)(5)(5)贮备系数贮备系数贮备系数贮备系数K K K Kcb =cb =cb =cb =(6)(6)(6)(6)返回系数返回系数返回系数返回系数K K K Kfh =fh =fh =fh =(7)(7)(7)(7)吸合时间吸合时间吸合时间吸合时间t t t txhxhxhxh 电磁铁线圈接通额定电压的瞬间到衔铁运动到完全吸合所需电磁铁线圈接通额定电压的瞬间到衔铁运动到完全吸合所需电磁铁线圈接通额定电压的瞬间到衔铁运动到完全吸合所需电磁铁线圈接通额定电压的瞬间到衔铁运动到完全吸合所需要的时间。要的时间。要的时间。要的时间。(8)(8)(8)(8)释放时间释放时间释放时间释放时间t t t tsfsfsfsf 电磁铁线圈断开电源瞬间到衔铁回复到初始位置所需要的时电磁铁线圈断开电源瞬间到衔铁回复到初始位置所需要的时电磁铁线圈断开电源瞬间到衔铁回复到初始位置所需要的时电磁铁线圈断开电源瞬间到衔铁回复到初始位置所需要的时间间间间。上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第28页，本讲稿共46页1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性二、电磁铁的应用二、电磁铁的应用二、电磁铁的应用二、电磁铁的应用电磁铁结构简单，动作速度快，维护方便，能产生较大的吸力，因而是电磁铁结构简单，动作速度快，维护方便，能产生较大的吸力，因而是电磁铁结构简单，动作速度快，维护方便，能产生较大的吸力，因而是电磁铁结构简单，动作速度快，维护方便，能产生较大的吸力，因而是自动控制中重要的电磁元件之一。它不仅可以作为独立的元件直接应自动控制中重要的电磁元件之一。它不仅可以作为独立的元件直接应自动控制中重要的电磁元件之一。它不仅可以作为独立的元件直接应自动控制中重要的电磁元件之一。它不仅可以作为独立的元件直接应用，而且还是众多电磁元件的主体部件之一，应用十分广泛，下面仅举用，而且还是众多电磁元件的主体部件之一，应用十分广泛，下面仅举用，而且还是众多电磁元件的主体部件之一，应用十分广泛，下面仅举用，而且还是众多电磁元件的主体部件之一，应用十分广泛，下面仅举几个应用实例。几个应用实例。几个应用实例。几个应用实例。1.1.电磁冷气阀电磁冷气阀电磁冷气阀电磁冷气阀 电磁冷气阀在国防和民用工业中被广泛应用。它的结构如图电磁冷气阀在国防和民用工业中被广泛应用。它的结构如图电磁冷气阀在国防和民用工业中被广泛应用。它的结构如图电磁冷气阀在国防和民用工业中被广泛应用。它的结构如图1.1.111.1.111.1.111.1.11所所所所 示。示。示。示。2.2.2.2.双绕组操纵电磁铁双绕组操纵电磁铁双绕组操纵电磁铁双绕组操纵电磁铁 这种电磁铁实际上可看作是组合在一起的两个电磁铁，如这种电磁铁实际上可看作是组合在一起的两个电磁铁，如这种电磁铁实际上可看作是组合在一起的两个电磁铁，如这种电磁铁实际上可看作是组合在一起的两个电磁铁，如图图图图1.1.121.1.121.1.121.1.12所所所所上一页上一页上一页上一页 下一页下一页下一页下一页第29页，本讲稿共46页1.1 1.1 1.1 1.1 电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性电磁铁的静吸力和静吸力特性示。当线圈示。当线圈示。当线圈示。当线圈1 1 1 1、2 2 2 2均没通电时，衔铁处于中间位置（零位均没通电时，衔铁处于中间位置（零位均没通电时，衔铁处于中间位置（零位均没通电时，衔铁处于中间位置（零位)。当线圈。当线圈。当线圈。当线圈1 1 1 1通电通电通电通电时，衔铁在电磁力作用下将向左移动。而当线圈时，衔铁在电磁力作用下将向左移动。而当线圈时，衔铁在电磁力作用下将向左移动。而当线圈时，衔铁在电磁力作用下将向左移动。而当线圈1 1 1 1不通电，线圈不通电，线圈不通电，线圈不通电，线圈2 2 2 2通电通电通电通电时，衔铁又将向右移动，因此它是一种双向运动的电磁铁。时，衔铁又将向右移动，因