電磁鐵的設(shè)計(jì)與計(jì)算課件

1、第五章電磁鐵的設(shè)計(jì)與計(jì)算第一節(jié) 概述電磁鐵 一種將電磁能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電磁元件。既可作為組成開關(guān)電器的部件，亦可單獨(dú)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、電磁離合器第1頁，共61頁。MW16、26、36系列吊運(yùn)鋼帶卷用電磁鐵 第2頁，共61頁。MW42系列吊運(yùn)方坯、型鋼用起重電磁鐵 第3頁，共61頁。MW5、MW61系列吊運(yùn) 廢鋼用起重電磁鐵 第4頁，共61頁。第一節(jié) 概述電磁鐵的設(shè)計(jì) 已知電磁鐵的工作任務(wù)，要確定其結(jié)構(gòu)形式、 幾何尺寸和線圈參數(shù)設(shè)計(jì)已知條件1 選擇設(shè)計(jì)點(diǎn)（反力特性及設(shè)計(jì)點(diǎn)的吸力和行程）反力:作用于電磁鐵銜鐵上與電磁吸力相反的力反力特性

2、:反力與電磁鐵銜鐵行程的關(guān)系第5頁，共61頁。第一節(jié) 概述反力特性分類A 反力不隨工作氣隙變化的常值負(fù)載 (起重電磁鐵的重力負(fù)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(fù)載）第6頁，共61頁。電磁鐵反力特性計(jì)算 直流接觸器的反力由釋放彈簧力、觸頭壓力及運(yùn)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?xì)w化到鐵心中心軸線上第7頁，共61頁。選擇設(shè)計(jì)點(diǎn) 將 的點(diǎn)作為設(shè)計(jì)點(diǎn)，此時的反力，再引入一個安全系數(shù)，作為設(shè)計(jì)點(diǎn)的吸力，即： 系數(shù)為考慮計(jì)算和制造中產(chǎn)生的偏差所加的安全裕度 第8頁，共61頁。2

3、線圈的額定電壓/額定電流及其允許波動范圍 標(biāo)準(zhǔn)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/釋放時間第9頁，共61頁。電磁鐵的設(shè)計(jì)步驟根據(jù)負(fù)載的反力特性選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式初步設(shè)計(jì)確定電磁鐵的結(jié)構(gòu)參數(shù)驗(yàn)算，按確定的尺寸和數(shù)據(jù)，驗(yàn)算線圈的 溫升，計(jì)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(jì)技術(shù)指標(biāo)第10頁，共61頁。第二節(jié) 電磁鐵結(jié)構(gòu)形式的選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式第11頁，共61頁。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)形式對不要求快速動

4、作的電磁鐵，應(yīng)使吸力特性與反力特性形狀盡量一致第12頁，共61頁。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)形式對不要求快速動作的電磁鐵，應(yīng)使吸力特性與反力特性形狀盡量一致 從靜態(tài)觀點(diǎn)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(diǎn)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(fù)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。 第13頁，共61頁。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)形式直流拍合式，吸

5、力特性陡峭A 鐵心上裝極靴第14頁，共61頁。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)形式直流拍合式，吸力特性陡峭B 采用磁分路第15頁，共61頁。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)形式螺管式第16頁，共61頁。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 電磁鐵第17頁，共61頁。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)形式兩種交流電磁鐵的吸力特性第18頁，共61頁。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)形式快速電磁鐵的

6、吸力特性（曲線3所示）第19頁，共61頁。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)形式計(jì)算結(jié)構(gòu)因素第20頁，共61頁。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)形式計(jì)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(jì)重量最小按所計(jì)算的結(jié)構(gòu)因素確定電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式 （見表5-1）第21頁，共61頁。第三節(jié) 直流電磁鐵的設(shè)計(jì)直流電磁鐵的初步設(shè)計(jì) 四個關(guān)鍵參數(shù):rc h N d第22頁，共61頁。決定鐵心半徑(rc)及極靴半徑(rp)不帶極靴的電磁鐵，設(shè)計(jì)點(diǎn)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第23頁，共61頁。帶極靴

7、的電磁鐵電磁鐵極靴比值系數(shù)第24頁，共61頁。 的選擇由此可知： 太大太小均不利 在線圈電壓為下限值時：第25頁，共61頁。按 值選擇 較大，鐵心較短粗，可以選擇大的 值見圖5-17第26頁，共61頁。 的選擇第27頁，共61頁。計(jì)算線圈磁勢,等于磁路各部分磁壓降之和磁勢計(jì)算第28頁，共61頁。計(jì)算線圈磁勢,等于磁路各部分磁壓降之和線圈電壓為下限值時磁勢計(jì)算線圈電壓為額定電壓時磁勢計(jì)算第29頁，共61頁。計(jì)算線圈高度及厚度長期工作制,線圈溫升可用牛頓公式計(jì)算線圈電阻第30頁，共61頁。計(jì)算線圈高度及厚度線圈填充系數(shù)散熱面積第31頁，共61頁。計(jì)算線圈高度及厚度散熱面積第32頁，共61頁。計(jì)算線

8、圈高度及厚度線圈高度計(jì)算 將所計(jì)算出來的參數(shù)代入牛頓公式,得第33頁，共61頁。計(jì)算線圈高度及厚度線圈厚度計(jì)算 短時工作制時線圈高度計(jì)算第34頁，共61頁。計(jì)算線圈高度及厚度反復(fù)短時工作制時線圈高度計(jì)算第35頁，共61頁。計(jì)算線圈導(dǎo)線直徑及匝數(shù)直流電壓線圈導(dǎo)線直徑第36頁，共61頁。計(jì)算線圈導(dǎo)線直徑及匝數(shù)直流電壓線圈匝數(shù)直流電流線圈匝數(shù)直流電流線圈導(dǎo)線直徑第37頁，共61頁。第四節(jié) 交流電磁鐵的設(shè)計(jì)交流電磁鐵設(shè)計(jì)的特點(diǎn)交變磁通在導(dǎo)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(dǎo)磁體采用硅鋼片疊成 鐵心截面為矩形,線圈為矮胖形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

9、面上裝置分磁環(huán)第38頁，共61頁。第39頁，共61頁。第四節(jié) 交流電磁鐵的設(shè)計(jì)交流電磁鐵設(shè)計(jì)的特點(diǎn)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第40頁，共61頁。第41頁，共61頁。交流電磁鐵的初步設(shè)計(jì) 四個關(guān)鍵參數(shù):a(鐵心寬度) h N d第42頁，共61頁。決定鐵心尺寸對于一個工作氣隙的交流電磁鐵代入設(shè)計(jì)點(diǎn)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第43頁，共61頁。決定鐵心尺寸: 鐵心厚度比值系數(shù): 鐵心疊片占空系數(shù)第

10、44頁，共61頁。 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)：主要受線圈發(fā)熱的限制第45頁，共61頁。第46頁，共61頁。 的確定：反電勢系數(shù)若設(shè)計(jì)點(diǎn)在銜鐵打開位置：若設(shè)計(jì)點(diǎn)在主觸頭剛接觸位置：設(shè)計(jì)點(diǎn)漏磁系數(shù)若設(shè)計(jì)點(diǎn)在銜鐵打開位置：若設(shè)計(jì)點(diǎn)在主觸頭剛接觸位置：第47頁，共61頁。第48頁，共61頁。決定鐵心尺寸對于有兩個相同工作氣隙的交流電磁鐵第49頁，共61頁。決定鐵心尺寸對于有三個工作氣隙的交流電磁鐵：每個邊柱鐵心截面積第50頁，共61頁。計(jì)算線圈匝數(shù)，在線圈電壓為額定電壓下， 且銜鐵在閉合位置計(jì)算線圈磁勢，確定線圈主要尺寸在銜鐵閉合位置，額定電壓下的線圈磁勢IN

11、 線圈電流 在初步設(shè)計(jì)時取：第51頁，共61頁。計(jì)算線圈磁勢，確定線圈主要尺寸在銜鐵閉合位置，額定電壓下的線圈磁勢IN 第52頁，共61頁。計(jì)算線圈厚度 設(shè)線圈厚度比值系數(shù): 計(jì)算長期工作制時線圈高度第53頁，共61頁。第54頁，共61頁。第55頁，共61頁。計(jì)算長期工作制時線圈高度計(jì)算線圈導(dǎo)線直徑分磁環(huán)的設(shè)計(jì) 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(shè)置分磁短路環(huán)第56頁，共61頁。分磁環(huán)的設(shè)計(jì) 第57頁，共61頁。分磁環(huán)的設(shè)計(jì) 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: 合成吸力最小值為銜鐵在吸合位置時,消除振動