电磁铁的设计与计算课件

1、第五章电磁铁的设计与计算第一节 概述电磁铁 一种将电磁能转换为机械能的电磁元件。既可作为组成开关电器的部件，亦可单独成为一类电器 电器部件：接触器、继电器的电磁系统 电器：牵引/制动/起重电磁铁、电磁离合器第1页，共61页。MW16、26、36系列吊运钢带卷用电磁铁 第2页，共61页。MW42系列吊运方坯、型钢用起重电磁铁 第3页，共61页。MW5、MW61系列吊运 废钢用起重电磁铁 第4页，共61页。第一节 概述电磁铁的设计 已知电磁铁的工作任务，要确定其结构形式、 几何尺寸和线圈参数设计已知条件1 选择设计点（反力特性及设计点的吸力和行程）反力:作用于电磁铁衔铁上与电磁吸力相反的力反力特性

2、:反力与电磁铁衔铁行程的关系第5页，共61页。第一节 概述反力特性分类A 反力不随工作气隙变化的常值负载 (起重电磁铁的重力负载)B 反力随工作气隙直线变化 (反作用力弹簧、刹车电磁铁、电磁阀)C 反力随工作气隙值作折线变化 （接触器、继电器等有触头的负载）第6页，共61页。电磁铁反力特性计算 直流接触器的反力由释放弹簧力、触头压力及运动部分的重力组成，对于转动式电磁铁，按力矩不变的原则，将这些反力都归化到铁心中心轴线上第7页，共61页。选择设计点 将 的点作为设计点，此时的反力，再引入一个安全系数，作为设计点的吸力，即： 系数为考虑计算和制造中产生的偏差所加的安全裕度 第8页，共61页。2

3、线圈的额定电压/额定电流及其允许波动范围 标准规定：电压波动范围为 （1.050.85）UN3 线圈允许发热温升 线圈最高允许发热温度-404 工作制 断路器：短时，考虑吸力，可不考虑温升 接触器：长期，考虑温升，可不考虑吸合/释放时间第9页，共61页。电磁铁的设计步骤根据负载的反力特性选择电磁铁的结构形式初步设计确定电磁铁的结构参数验算，按确定的尺寸和数据，验算线圈的 温升，计算电磁铁的静态吸力特性及其它 特性，评价电磁铁的经济技术指标第10页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择电磁铁的结构形式第11页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式对不要求快速动

4、作的电磁铁，应使吸力特性与反力特性形状尽量一致第12页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式对不要求快速动作的电磁铁，应使吸力特性与反力特性形状尽量一致 从静态观点出发，只要动作值下的吸力特性处处高于反力特性和释放值下的吸力特性处处低于反力特性，就能保证电磁系统在吸合和释放过程中正常工作，而不致中途被卡住。但从动态观点来看，则只要吸力特性与反力特性呈现正差时的能量大于呈现负差时的能量，而且动作值下的吸力特性在 处大于反作用力，电磁系统即能正常工作，同时还能减小撞击。 第13页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式直流拍合式，吸

5、力特性陡峭A 铁心上装极靴第14页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式直流拍合式，吸力特性陡峭B 采用磁分路第15页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式螺管式第16页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式几种直流电磁铁的吸力特性1盘式电磁铁2拍合式电磁铁3带挡铁螺管式 电磁铁4无挡铁螺管式 电磁铁第17页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式两种交流电磁铁的吸力特性第18页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择从特性配合来选择电磁铁的结构形式快速电磁铁的

6、吸力特性（曲线3所示）第19页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择用结构因素来选择电磁铁的结构形式计算结构因素第20页，共61页。第二节 电磁铁结构形式的选择用结构因素来选择电磁铁的结构形式计算结构因素 各种结构形式电磁铁都有一个最适宜的结构因素值范围，在此范围内，经济重量最小按所计算的结构因素确定电磁铁的结构形式 （见表5-1）第21页，共61页。第三节 直流电磁铁的设计直流电磁铁的初步设计 四个关键参数:rc h N d第22页，共61页。决定铁心半径(rc)及极靴半径(rp)不带极靴的电磁铁，设计点的吸力：线圈电压为下限值（85%额定电压）时工作气隙磁通密度第23页，共61页。带极靴

7、的电磁铁电磁铁极靴比值系数第24页，共61页。 的选择由此可知： 太大太小均不利 在线圈电压为下限值时：第25页，共61页。按 值选择 较大，铁心较短粗，可以选择大的 值见图5-17第26页，共61页。 的选择第27页，共61页。计算线圈磁势,等于磁路各部分磁压降之和磁势计算第28页，共61页。计算线圈磁势,等于磁路各部分磁压降之和线圈电压为下限值时磁势计算线圈电压为额定电压时磁势计算第29页，共61页。计算线圈高度及厚度长期工作制,线圈温升可用牛顿公式计算线圈电阻第30页，共61页。计算线圈高度及厚度线圈填充系数散热面积第31页，共61页。计算线圈高度及厚度散热面积第32页，共61页。计算线

8、圈高度及厚度线圈高度计算 将所计算出来的参数代入牛顿公式,得第33页，共61页。计算线圈高度及厚度线圈厚度计算 短时工作制时线圈高度计算第34页，共61页。计算线圈高度及厚度反复短时工作制时线圈高度计算第35页，共61页。计算线圈导线直径及匝数直流电压线圈导线直径第36页，共61页。计算线圈导线直径及匝数直流电压线圈匝数直流电流线圈匝数直流电流线圈导线直径第37页，共61页。第四节 交流电磁铁的设计交流电磁铁设计的特点交变磁通在导磁体中产生磁滞损耗和涡流损耗 为减小损耗的减轻发热,导磁体采用硅钢片叠成 铁心截面为矩形,线圈为矮胖形为了减小交流电磁铁在闭合位置的吸力脉动 一般均在交流电磁铁的磁极

9、面上装置分磁环第38页，共61页。第39页，共61页。第四节 交流电磁铁的设计交流电磁铁设计的特点交流并联电磁铁为恒磁链电磁铁(电压线圈)。 线圈电流随行程减小而减小，在衔铁打开位置与衔铁闭合位置线圈电流之比，约为几倍至十几倍。在衔铁闭合位置，为防止剩磁的影响，引入一个非磁性间隙去磁间隙第40页，共61页。第41页，共61页。交流电磁铁的初步设计 四个关键参数:a(铁心宽度) h N d第42页，共61页。决定铁心尺寸对于一个工作气隙的交流电磁铁代入设计点的吸力：线圈电压为下限值（85%额定电压）时工作气隙磁通密度的幅值第43页，共61页。决定铁心尺寸: 铁心厚度比值系数: 铁心叠片占空系数第

10、44页，共61页。 的确定,先选择 (衔铁闭合,线圈 电压为额定电压时铁心中磁通密度)：主要受线圈发热的限制第45页，共61页。第46页，共61页。 的确定：反电势系数若设计点在衔铁打开位置：若设计点在主触头刚接触位置：设计点漏磁系数若设计点在衔铁打开位置：若设计点在主触头刚接触位置：第47页，共61页。第48页，共61页。决定铁心尺寸对于有两个相同工作气隙的交流电磁铁第49页，共61页。决定铁心尺寸对于有三个工作气隙的交流电磁铁：每个边柱铁心截面积第50页，共61页。计算线圈匝数，在线圈电压为额定电压下， 且衔铁在闭合位置计算线圈磁势，确定线圈主要尺寸在衔铁闭合位置，额定电压下的线圈磁势IN

11、 线圈电流 在初步设计时取：第51页，共61页。计算线圈磁势，确定线圈主要尺寸在衔铁闭合位置，额定电压下的线圈磁势IN 第52页，共61页。计算线圈厚度 设线圈厚度比值系数: 计算长期工作制时线圈高度第53页，共61页。第54页，共61页。第55页，共61页。计算长期工作制时线圈高度计算线圈导线直径分磁环的设计 交流电磁铁的吸力按两倍电源频率变化为了消除衔铁在吸合位置的振动和噪声,在铁心磁极端面设置分磁短路环第56页，共61页。分磁环的设计 第57页，共61页。分磁环的设计 由图知:通过分磁环后,衔铁闭合时,磁通分为两部分分磁环内磁通与分磁环外磁通,两个磁通产生的合成吸力为: 合成吸力最小值为衔铁在吸合位置时,消除振动