电磁铁的吸力计算

1、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S下，铁心的激磁安匝IW越大，作用于 衔铁的电磁吸力F x就越大；或者说，在同样大小的激磁安匝IW下，气隙S越 小，作用于衔铁的电磁吸力F x就越大。通过理论分析可知，电磁吸力F x与I W和S之间的关系可用下式来表达：2F x = 5.1 X I X（ dL/d 8）（其中l线圈的电感）（1

2、1）在电磁铁未饱和的情况下，可以近似地认为线圈电感 L=W 2G8 （式中G 8气隙的磁导）。2于是式（11）又可写为Fx=5.1 X （IW） X d Gs/d 8（ 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 s /d 8 成正比。气隙磁导 G8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8为均匀分布，则气隙磁导可以表示为：G 8 =卩 0 X（ KS/ 8）（亨）（1 4）式中：P，0空气的磁导率，=1.25 X 10-8（亨/厘米）;2S -决定磁导和电磁吸力的衔铁面面积（厘米）；8 气隙长度，即

3、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8值越大，K值也就越大。可以推导出：d G8/d 8 =卩0X（ S/ 8 2）于是有：Fx= 5.1 X卩 0 （IW） S/ 8式中的负号表示随着气隙 8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 8 /S= （IW ）卩 0S /S 8 = （IW 卩 0）/82所以电磁吸力的公式还可写为：Fx=5.1B S/卩02式中E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=5.1X 10B2S/1.25X

4、10 =（B/5000） S将=BS代入上式，而以麦克斯韦为单位，则又可写为：Fx=（ /5000） 2X（ 1/S ）（1 56）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

5、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 f lg交流：U I （IW 3） 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：8E=4.44fWmK 1

6、0-（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=4.44fWmx 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/WLL=W2G=W S/代入上式即，得：I=U（S / W2 卩 S）当外加电压U线圈匝数W电源角频率3和磁极，截面积 S均为定值时，激 磁电流I与衔铁行程S成正比。交流电磁铁的吸力特性一般比较平坦，令 B=BmSi3 t，根据（1-5），有2 2 2Fx= (1/5000) SBm Sin t2 2 2=(1/5000) SBm(1-cos w t)/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-cos w t) /2= Fm/2- Fm/2 cos w t若令电磁吸力不变分量Fq= Fm/2时，则得Fx=F q (1-cos 2 w t)(1 8)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F。，其值为最大吸力值Fm之半；另一个是交变分量 Fm=Focos2wt，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