電磁鐵的設計與計算-文檔資料

1、1第五章電磁鐵的設計與計算第五章電磁鐵的設計與計算第一節(jié) 概述電磁鐵 一種將電磁能轉(zhuǎn)換為機械能的電磁元件。既可作為組成開關電器的部件，亦可單獨成為一類電器 電器部件：接觸器、繼電器的電磁系統(tǒng) 電器：牽引/制動/起重電磁鐵、電磁離合器2MW16、26、36系列吊運鋼帶卷用電磁鐵系列吊運鋼帶卷用電磁鐵 3MW42系列吊運方坯、型鋼用起重電磁鐵系列吊運方坯、型鋼用起重電磁鐵 4MW5、MW61系列吊運 廢鋼用起重電磁鐵 5第一節(jié) 概述電磁鐵的設計 已知電磁鐵的工作任務，要確定其結(jié)構(gòu)形式、 幾何尺寸和線圈參數(shù)設計已知條件1 選擇設計點（反力特性及設計點的吸力和行程）l反力:作用于電磁鐵銜鐵上與電磁吸力

2、相反的力l反力特性:反力與電磁鐵銜鐵行程的關系6第一節(jié) 概述l反力特性分類A 反力不隨工作氣隙變化的常值負載 (起重電磁鐵的重力負載)B 反力隨工作氣隙直線變化 (反作用力彈簧、剎車電磁鐵、電磁閥)C 反力隨工作氣隙值作折線變化 （接觸器、繼電器等有觸頭的負載）7l電磁鐵反力特性計算 直流接觸器的反力由釋放彈簧力、觸頭壓力及運動部分的重力組成，對于轉(zhuǎn)動式電磁鐵，按力矩不變的原則，將這些反力都歸化到鐵心中心軸線上8l選擇設計點 將 的點作為設計點，此時的反力，再引入一個安全系數(shù)，作為設計點的吸力，即： 系數(shù)為考慮計算和制造中產(chǎn)生的偏差所加的安全裕度 max)*(fF000*fFkF 92 線圈的

3、額定電壓/額定電流及其允許波動范圍 標準規(guī)定：電壓波動范圍為 （1.050.85）UN3 線圈允許發(fā)熱溫升 線圈最高允許發(fā)熱溫度-404 工作制 斷路器：短時，考慮吸力，可不考慮溫升 接觸器：長期，考慮溫升，可不考慮吸合/釋放時間10電磁鐵的設計步驟l根據(jù)負載的反力特性選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l初步設計確定電磁鐵的結(jié)構(gòu)參數(shù)l驗算，按確定的尺寸和數(shù)據(jù)，驗算線圈的 溫升，計算電磁鐵的靜態(tài)吸力特性及其它 特性，評價電磁鐵的經(jīng)濟技術指標11第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式12第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l對不要求快速動作的電磁鐵，應使吸力特性與反力特性形狀盡量一

4、致13第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l對不要求快速動作的電磁鐵，應使吸力特性與反力特性形狀盡量一致 從靜態(tài)觀點出發(fā)，只要動作值下的吸力特性處處高于反力特性和釋放值下的吸力特性處處低于反力特性，就能保證電磁系統(tǒng)在吸合和釋放過程中正常工作，而不致中途被卡住。但從動態(tài)觀點來看，則只要吸力特性與反力特性呈現(xiàn)正差時的能量大于呈現(xiàn)負差時的能量，而且動作值下的吸力特性在 處大于反作用力，電磁系統(tǒng)即能正常工作，同時還能減小撞擊。 min14第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l直流拍合式，吸力特性陡峭A 鐵心上裝極靴15第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配

5、合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l直流拍合式，吸力特性陡峭B 采用磁分路16第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l螺管式17第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l幾種直流電磁鐵的吸力特性1盤式電磁鐵2拍合式電磁鐵3帶擋鐵螺管式 電磁鐵4無擋鐵螺管式 電磁鐵18第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l兩種交流電磁鐵的吸力特性19第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇從特性配合來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l快速電磁鐵的吸力特性（曲線3所示）20第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇用結(jié)構(gòu)因素來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l計算結(jié)構(gòu)因素00FkjccjldFk00020*

6、21SBF 0FdcIN00S00cclINlIN21第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇用結(jié)構(gòu)因素來選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式l計算結(jié)構(gòu)因素 各種結(jié)構(gòu)形式電磁鐵都有一個最適宜的結(jié)構(gòu)因素值范圍，在此范圍內(nèi)，經(jīng)濟重量最小l按所計算的結(jié)構(gòu)因素確定電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式 （見表5-1）（F（G）m*擬定功電磁鐵重量22第三節(jié) 直流電磁鐵的設計直流電磁鐵的初步設計 四個關鍵參數(shù):rc h N d23決定鐵心半徑(rc)及極靴半徑(rp)SSBF020222l不帶極靴的電磁鐵，設計點的吸力200022020222BFrrBSBFcc：線圈電壓為下限值（85%額定電壓）時工作氣隙磁通密度B24l帶極靴的電磁鐵22000222

7、0220222pBFrrpBrBFccP2prS1cprr：p 設電磁鐵極靴比值系數(shù)25l 的選擇B用銅量鐵心磁密INBc)(用銅量線圈平均匝長)(pjlcrTB11 . 0B吸力特性陡峭鐵心不飽和用鐵量，Bcr吸力特性較平坦鐵心磁路較飽和用鐵量， INBc)(鐵心磁密用銅量用鐵量鐵心長度)(il由此可知： 太大太小均不利 在線圈電壓為下限值時：B26u按 值選擇 較大，鐵心較短粗，可以選擇大的 值見圖5-17jkjkjk27l 的選擇p INBc)(鐵心磁密5 . 11 . 1:5 . 11 . 1:pp大尺寸電磁鐵小尺寸電磁鐵值較小失去極靴作用ppcr 用鐵量用銅量用鐵量鐵心長度)(il吸

8、力特性較平坦可得到較大的電磁吸力在5 . 12 . 21 . 1p，p28計算線圈磁勢,等于磁路各部分磁壓降之和l磁勢計算fmUUINSB：其中UUUUU：Kfmfmi取00S)1 (iKIN29計算線圈磁勢,等于磁路各部分磁壓降之和l線圈電壓為下限值時磁勢計算：位置設計點在主觸頭剛接觸設計點在銜鐵打開位置001)1 ()1 ()(BKKINii155. 055. 02 . 0iiKKl線圈電壓為額定電壓時磁勢計算112)()(INUUINN線圈電壓下限值:1U30計算線圈高度及厚度l長期工作制,線圈溫升可用牛頓公式計算電流線圈額定電壓時的線圈:IAKRITw2l線圈電阻2244dNldlRp

9、j線圈平均匝長:PJlcccpjrrrl2222131計算線圈高度及厚度l線圈填充系數(shù)5 . 0:tck初步設計時取hNdktc24l散熱面積hkNrRtcc22）kk（kkAATT1221:熱率之比線圈內(nèi)表面與外表面散線圈內(nèi)表面積線圈外表面積21AkAA32計算線圈高度及厚度l散熱面積crn2:設線圈厚度比值系數(shù)cccrkhhrkhrAkAA122221cccrnkhnrrkhA21221233計算線圈高度及厚度l線圈高度計算 將所計算出來的參數(shù)代入牛頓公式,得1262535P：k：k：T見查表查表 cwTtcnrknkkINnh2121225 . 025. 08 . 05 . 0：n：n大

10、尺寸小尺寸34計算線圈高度及厚度l線圈厚度計算AkkRIAkRIkRIRITPTWP122122短長長短cnr211Pkhh長短l 短時工作制時線圈高度計算35計算線圈高度及厚度l反復短時工作制時線圈高度計算AkkRIAkRIkRIRITPTWP222222反復長長反復21Pkhh長反復36計算線圈導線直徑及匝數(shù)l直流電壓線圈導線直徑UINrdc2422244dNrIdNlIIRUcpj 211ININUUININUUN37計算線圈導線直徑及匝數(shù)l直流電壓線圈匝數(shù)24dhkNtchNdktc24NhkdhNdktctc442NIINN2l直流電流線圈匝數(shù)l直流電流線圈導線直徑38第四節(jié) 交流電

11、磁鐵的設計交流電磁鐵設計的特點l交變磁通在導磁體中產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗 為減小損耗的減輕發(fā)熱,導磁體采用硅鋼片疊成 鐵心截面為矩形,線圈為矮胖形l為了減小交流電磁鐵在閉合位置的吸力脈動 一般均在交流電磁鐵的磁極面上裝置分磁環(huán)3940第四節(jié) 交流電磁鐵的設計交流電磁鐵設計的特點l交流并聯(lián)電磁鐵為恒磁鏈電磁鐵(電壓線圈)。 線圈電流隨行程減小而減小，在銜鐵打開位置與銜鐵閉合位置線圈電流之比，約為幾倍至十幾倍。在銜鐵閉合位置，為防止剩磁的影響，引入一個非磁性間隙去磁間隙4142交流電磁鐵的初步設計 四個關鍵參數(shù):a(鐵心寬度) h N d43決定鐵心尺寸l對于一個工作氣隙的交流電磁鐵cmcmavA

12、ABF020244代入設計點的吸力：線圈電壓為下限值（85%額定電壓）時工作氣隙磁通密度的幅值mB20000244mccmavBFAFABF44決定鐵心尺寸ab設: 鐵心厚度比值系數(shù): 鐵心疊片占空系數(shù)ckccckaabkA228 . 0cckAa95. 09 . 0ck45l 的確定,先選擇 (銜鐵閉合,線圈 電壓為額定電壓時鐵心中磁通密度)mB磁勢節(jié)省鐵TBcm7 . 12 . 1cmBFeP用銅量線圈發(fā)熱RI2cmBcmB：主要受線圈發(fā)熱的限制4647l 的確定mB33 . 125. 11 . 1NcmNmUBkUB1NNUEk94. 075. 0NkNk：反電勢系數(shù)若設計點在銜鐵打開位

13、置：若設計點在主觸頭剛接觸位置：99. 094. 0Nk：設計點漏磁系數(shù)若設計點在銜鐵打開位置：若設計點在主觸頭剛接觸位置：4849決定鐵心尺寸l對于有兩個相同工作氣隙的交流電磁鐵200020242mccmBFAABF50決定鐵心尺寸l對于有三個工作氣隙的交流電磁鐵2002114mcBFAccAA17 . 06 . 01cA：每個邊柱鐵心截面積51計算線圈匝數(shù)，在線圈電壓為額定電壓下， 且銜鐵在閉合位置CmfEN44. 4ccmNCcmcAfBUNAB44. 498. 0NUE98. 0取sII sjIII計算線圈磁勢，確定線圈主要尺寸l在銜鐵閉合位置，額定電壓下的線圈磁勢IN 線圈電流 在初

14、步設計時?。?2111fffmUUUUUIN5 . 265. 1cA0fccmfcmfABU22計算線圈磁勢，確定線圈主要尺寸l在銜鐵閉合位置，額定電壓下的線圈磁勢IN fcfA0222ccmcmmABU25 . 265. 1225 . 265. 1ccmfccmccmABABABIN53anAKpRITch2損耗線圈所包圍部分的鐵心:chp計算線圈厚度 設線圈厚度比值系數(shù): ：，選擇多為矮胖型交流電磁鐵線圈形狀大8 . 05 . 0n計算長期工作制時線圈高度54鐵的密度：FeahnhbaA222222單位重量的鐵心損耗:cp線圈的散熱表面的面積:A線圈的平均匝長:pjlanbalpj2222

15、積線圈包圍部分的鐵心體V：hkhapVppcFecFecch2Fecccap，k：k2系數(shù)損耗線圈所包圍部分的鐵心:chp5556nkkanKINnhtccT222222Nhkdtc4計算長期工作制時線圈高度計算線圈導線直徑分磁環(huán)的設計 交流電磁鐵的吸力按兩倍電源頻率變化為了消除銜鐵在吸合位置的振動和噪聲,在鐵心磁極端面設置分磁短路環(huán)57分磁環(huán)的設計 58分磁環(huán)的設計 由圖知:通過分磁環(huán)后,銜鐵閉合時,磁通分為兩部分分磁環(huán)內(nèi)磁通與分磁環(huán)外磁通,兩個磁通產(chǎn)生的合成吸力為: fFFmintFFFFFFFpjpjpjpjpjpj2sin2cos2212221212cos221222121minpjpjpjpjpjpjFFFFFFF合成吸力最小值為銜鐵在吸合位置時,消除振動和噪聲的充分條件為:5985. 07 . 02btaAA21一個槽minF2111AAA42 t槽寬121l計算分磁環(huán)外面積與內(nèi)面積之和btaAA221二個槽l計算