直流电磁铁设计

《直流电磁铁设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电磁铁设计（33页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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1、均匀磁场B二(T)S2、磁势F二NI,电流和匝数的乘积(A)3、磁场强度H二N (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、磁导率卩=H建立了磁场强度

2、和磁感应强度（磁通密度）的关系。卩=4nX 10-7享/米0相对磁导率卩r=佥5、磁通二巴RM磁阻Rm=右这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率卩不是常数,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二F ,磁感应强度与力的关系。qv7、真空中无限长螺线管B二uni。对于长螺线管，端面处的08、B二1 卩 nl。2 0磁效率43血4I2血0III10电磁铁工作循环图当电磁铁接上电源，磁力还不足克服反力，按02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 23。断电后工作点由 30。面积I为断电后剩留的能量，面积II为作

3、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，111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K=_A1 A0A：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K= G2 A0G二电磁铁重量。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

4、系数K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。JK =迈eQ-初始吸力（kg）-气隙长度（cm）Q正比于电磁铁的横截面；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（1）热平衡公式式中：Pdt供给以热体的功率和时间C

5、GdT-提高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。卩-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二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。当T小于容许温升，产品运行是可靠的。当T大于容许温升， w w w 产品是不可靠的。（2）发热时间常数发热时间常T二发热体从T =0发热到温升0.632 T时所需时 yy间。4T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

6、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T （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。长期工作制电流密度可按24A/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t。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CGdT（产品本身热容）是主要的方面。短期工作制电流密度按1330A/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t停止时产品降不到周围介质温度。y，重复短量工作制电流密度按512A

7、/mm214、漆包线等的耐温等级Y： 90CA；105CQE： 120CQQQAQHB：130CQZ云母石棉F：155CQZYH：180CC：180CQYQXY辅助材料的耐热等级B级聚酯薄膜C级聚四氟乙烯薄膜二、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与间隙的平方成反比。2、交流磁链 （磁通e与线圈的一些匝数相交链忙NO ）近似常数, 是恒磁链磁路，吸力 F 与间隙关系不大。只是漏磁随间隙的增加 而增加，故间隙增大 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

8、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、M-I-:-I.M四、电磁铁的结构形式还有极化继电器螺管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

9、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-60C+50C，而耐热的结构应达到+125C。(2) 大气压的变化由790150mmHg。(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

10、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。行要求可达到34ms，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=民 S(N)2卩0式中：S磁极总面积(m2)B 气隙磁感应强度(T)51 卩S(2) F二丄(IN) 2君 X10-6 (N)2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

11、Q （公斤）H2、衔铁的行程 （厘米）H3、容许温升（C）4、工作制：长期工作制t=1 ；短时工作制tVI；重复短时工作制tVI。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二屈h计算结构系数eH2、根据计算出的结构系数值,按表 1 确定导磁体类型表 1电磁铁类型K盘式，衔铁在外部大于93吸入式，台座为平头9016拍合式262.6吸入式，台座为45度锥形164吸入式，台座为60度锥形41.8吸入式，无台座小于0.23、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6值 L = L （线圈的长高比）R 2 R1 h表2Mb7吸人黄乍头台出电磁饮的

12、尿优砸弧密度与揍闊尺寸的ill蔽表3Iill.3吸人式鐫谄台座(=45s) lU&a的册优 嶽通顓龙s沖I尺寸的曲就表4瓊鼻9 吸入式S打呂台座* =60*)电磁鉄fi如lilt敍辺密度 灯絶圈尺寸的綫表 2、表3、表4、表5 是电磁铁长期工作的 B ，如果是6短时工作制或反复短时工作制，应加大1015%。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 17。表5U4-匕?A公斤2Q 3Q轲肿12000 11000 -

13、9000 8Q00 7伽6030 5000 4000 30QG 2000 1000 二盘式和拍合式电磁铁最优磁通密度曲线三）、初算根据电磁吸力公式Q = n（公斤）（1）H50002式中 B -气隙中的磁通密度（高）6由(1)式得 R 二：50002Qh (cm)(2)n1 b5 2-1、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= QhC0S2 a行程 8 = 8 C0S2 aH式中a-锥度角吸入式锥台座电磁铁的衔铁半径将Q换成Q再按(2)式计算。H3、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RCR=R1 ：!Zc BCT式中：

14、B =400012000cT根据电磁铁要求的灵敏度,灵敏度高的选小值。=1.33k =1.2 1.55ct试验表明，导磁体内磁动势占电磁铁总磁动势的1025%， 非工作气隙中的磁动势占总磁动势的 510%，则材料选择最经 济。F =F +F +F工 6 CT G式中：F -气隙中的磁动势6F -导磁体中的磁动势 CTF -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 = ：5 Pp F 2T10 一4K 32 Kf 9K Y式中：P -漆包线的电阻率9F-总磁势T -工作制系数K-散热系数9-温升yf -填充系数K表7fK填充系数漆包线直径（mm）手动绕线自动绕线0.10.440.

15、380.150.4950.20.5350.480.30.540.40.57表8K-散热系数(2) R2= Lk +R1LKR 2 - R1h=R2-R1K(3) R3=.Ri2 + r 226、拍合式电磁铁外形尺寸计算(曲线图上无L )h(1) 线圈的内径D二d+2A (m)e ！c式中-线圈和铁心之间间隙。一般取0.00050.001 (m)c(2) 线圈的外径D =(1.62) D (m)c2cl(3) 线圈的厚度b=D2二(m)2(4) 线圈的长L二Bb (m)B :螺管式取B=787、确定漆包线直径d=0.2 :Pj2R1 + hK)FUU-工作电压。(四)、复算1、修正导磁体的尺寸和

16、漆包线的径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ff二 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= PL0q式中：线圈漆包线长度L =2nR W0 cpr 二 R1 + R 2 + Acp5、线圈电流i=UR6、线圈磁势F =IW工7真正温升99 二pjF 210-42 Kf (R 2 - R1) LK温升T应小于线圈所用材料的绝缘等级。如果

17、超过允许温升，说 w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=1.265XB 2XRI2XI0-7 (kg)5(2)铁心头部为锥形Q=2.03X10-7F2( 空 +1 siea) (kg)8 2 cos2 a 2七、其他问题 1、漆包线电阻的计算 漆包线+20C时的电阻率P =0.0175 Q.mm2/m。漆包线+20C时的电阻R =0.0175L20S其他温度时的电阻R =KR =0.0175KT T 20 TL:漆包线长度m S:漆包线截面积mm2tC9095100105110115120125130KT1

18、.281.31.321.341.361.381.41.421.44tC135140145150155160165170175KT1.461.481.51.521.541.561.581.61.62LSK=1+0.004(t-20)T2、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=LpWW：匝数3、温升计算公式温升计算公式：T= (R2-R1)R1X(235 +1)式中：匕一环境温度时直流电阻(Q)；R2通电一定时间后的直流电阻(Q);t产品环境温度(C)；T产品温升值(C)。4、电磁铁的动作时间t=t+tmsd式中

19、：t-铁心始动时间，即从线圈通电到铁心开始动作的时间。st -铁心运动时间，即铁心开始运动到最后吸合的时间d(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 Pdt = pds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 =24公斤H8 =0.5厘米H0 =70CYT =0.1U=24VH0=20CY二、初算1、有效功 A二 Q 8 =24X0.5=12kgcmHH2、结构系数值 Kd 二 Qh = ?! =9.8kgo.5/cm0.5H按所求的值,查表1,确定电磁铁的类型

20、为45度锥台座吸入式。按所求的值，查表3得：B =10600高,1=55R 2 - R13、把吸力和衔铁行程折合为等效值Q= Qh 二 24=48kgcos2 a COS 2455 = 5 cos2 a =0.5X cos245 =0.25cmH4、确定铁心半径R1= ：52Qh =也：3E =1.82(cm)B 2兀10600 3.14V 55、确定总动势F =空k =10600xO.25 X 1.28=2 7 00(安匝)工 0.4兀 ct 0.4 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%，则式中K二丄=1.28CT 0.780.78=

21、1-(10%+18%)6、确定线圈的长度和高度L = i5F2T10-4 = H x 2.4x 10-6 x 0.1 x 27002 =5 04(cm)K 3 2Kf 92 x 1.16 x 10-3 x 0.43 x 70*1K YP =2.4X10-2Qcm2/m 漆包线90C时电阻率9K=1.16X10-3W/cm2C 散热系数Fk=0.43填充系数kR2=你 +R1= 504 +1.82=2.83 (cm)55H=R2-R1=2.83-1.82=1.01(cm)7、确定外部半径R3=.R二门.822 十 2.832 =3.35（cm）8、确定漆包线的直径叫=2”410- 丁5和=0.696（mm）Welcome ToDownload !欢迎您的下载，资料仅供参考！