08-3-29直流电磁铁设计指导书电子版

1、低压电器课程设计直流接触器电磁铁设计设计说明书编著2014年 12月8日第一部分手工计算一、计算反力特性（一）、计算工作气隙值：1、 衔铁打开（即主触头打开，称 a点）位置的工作气隙 a:a = （1+ i） Kg i2、 动断辅助（桥式）触头断开（称 b点）时的工作气隙 b：b = a 2 Kg 23、主触头刚接触（闭合，称c点）时的工作气隙值 c：c = i Kg i4、 动合辅助触头刚接触（闭合，称 d点）时的工作气隙 d:d =2 Kg 25、 衔铁完全闭合位置（称e点）时的工作气隙 e：取 e = 0.1mm;其中镀锌层厚度镀层 二2 12 10-6m = 24 10-6m;（二）、

2、计算各位置反力，并作反力特性曲线（如图 1.1所示）:图1.1反力特性曲线1释放弹簧折算反力Ffi的特性曲线Ffi实质是将释放弹簧初始反力Fso折算到铁芯中心线后的释放弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从a点到e点FsoKg3Ffie = Fso +Cs ( a e)Kg31KgsFflb、Ffie、Ffid的反力则由Ffla和Ffie的连线，按比例（或相似三角形）求出;2. 主触头刚接触（闭合）时的折算反力Ff 2特性曲线Ff 2实质是将所有主触头的弹簧初始反力F2O和F2Z折算到铁芯中心线后的弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从Ff 2C =ni F10KgiFf 2e =ni FizKgi3

3、 Ff 2d的反力由Ff 2c和Ff 2e的连线按比例（或相似三角形）求出;3、动合辅助触头折算反力Ff 3特性曲线Ff 3实质是将所有动合辅助触头的弹簧初始反力F20和F2Z折算到铁芯中心线后的弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从 d点到e点。n2F2oFf 3d = Kg2n2 F2zF f 3e = Kg24、动断辅助触头折算反力 Ff 4反力特性曲线Ff 4实质是将所有动断辅助触头的弹簧初始反力F20和F2Z折算到铁芯中心线后的弹簧反力，它不是“正”反力，而是“负”反力，其特性曲线是一条直线,从a点至U b点Ff 1 a =n 3 F 2ZKg 2Ff 4b =n3 F 2OKg 25、

4、将 Ff 1 = f ()、Ff 2 = f ( )、Ff 3 = f ( )、Ff 4 = f ()代数相加，绘出反力特性曲线Ff = f ()(如图一所示)Ff0 5 e S d 6 c S t图1.2总反力特性曲线Ff a :主触头断开时的反力合力；Ff b :动断辅助触头断开后的反力合力;Ff c :主触头接触后的反力合力；Ff d :动合辅助触头接触后的反力合力;Ff e :衔铁闭合后的反力合力；Fb:动断辅助触头断开前的反力合力;Fc:主触头接触前的反力合力；Fd :动合辅助触头接触前的反力合力;（三）、确定设计点、并计算设计点吸力 Fo：1、 将拟定功（Ff aa ）、（ Ff

5、b b ）、（ Ff cc ）、（ Ff dd ）、（Ff ee ）求出，其中乘积最大者的点即为设计点，此点的气隙值即为设计点的气隙值；2、 Fo = KoFf o （式中Ko :安全系数；查电器原理与产品，按“接 触器”选择）；3、在本纸（说明书）大小的坐标纸上，画出吸力一反力特性曲线。（四）、选择电磁铁的结构形式1、计算结构因数K j :K j =o注意：Fo的单位是N; 的单位是cm;2、查低压电器，确定电磁铁的结构形式（五）、初步设计:1、求 r c、r p 和 h p:电磁铁的极靴结构示意图如图1.3所示。7.8Fo10（1）2 ，其中极靴系数p =，同时hp 3mm;pr cINi

6、 = Ki式中，B :磁感应强度，查电器原理与产品：当o二a时，系数Ki = 1.2 1.55,且尽量取大；o二c时，系数Ki = 1.5 2.5;额定电压的磁势IN :If%/c图1.3电磁铁的极靴结构示意图2、计算电压下限的磁势IN i及额定电压的磁势IN :电压下限的磁势IN 1 :UnIN = IN 1U下限3、计算线圈的高度h及厚度：Qt。h及 接线圈内外表面散热系数不同计算；如为反复短时工作制时要乘线圈的高度hh =QT2 Ktc K100c (IN)2 (n 1)(1 2n K ) n r c（表面综合散热系数）（单位：C）线圈的厚度其中，线圈厚度比值系数n=0.54、按电压线圈

7、计算导线的线径 d和导线匝数N:导线的线径d:4100C（C 0 （IN）d = Un其中，C = r c + C1 ；然后根据计算结果，比较标准线径值，进行圆整（最接近的值）；附“标准线径” :0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.23、0.25、0.28、0.31、0.33、0.35、0.38、0.42、0.45、0.47、0.5(mm)导线匝数N :4 Ktc hd2其中，d要取标准线径:5、计算电磁铁的其他结构尺寸:线圈内径Dc1和外径Dc 2:Dc1C1其中,Dc 2 =Dc 1 + 2C1:铁芯与线

8、圈内径的空隙（作用时保护线圈内层绝缘及出入灵活）C1=0.5 1mm;:线圈厚度，mm; 铁心长度Lc:如图1.4所示。Lc = h 2 C4 h 其中，h是非磁性垫片的厚度，h = 0.2mm;C4是绝缘垫圈厚度，C4 = 0 3 mm，C2是磁轭宽度比线圈外径多出的部分，C2 = 0 5 mm， C3 5 mmh J M图1.4电磁铁的铁心结构示意图磁轭尺度:I磁轭截面积Se :Se = Ke xx rc 2其中 Ke = 1 2 ; Ke越小越好；II磁轭宽度be :be = Dc2 + 2 x C2III磁轭厚度a eSebeIV磁轭高度he :he = Lc + h + hpV磁轭底

9、部的长度Le :先算R :R = DC2C3 + a e再算Le :衔铁尺寸:要求：aeC3r c ; r c2Le = R +DC22+C2I衔铁截面积Sx :Sx = Kx xx rc 2式中Kx = 0.5 0.8; Kx越小越好;n衔铁宽度bx :bx = beIII衔铁厚度a xSx bxIV磁轭底部的长度Lx （如图五所示）：Lx ( r p + R) +rP+ hp图1.5电磁铁的铁心结构示意图6、参考电器原理与产品，在说明书上按比例画一个直流接触器电磁铁的 结构草图（一个主视图，一个左视图，含六角螺钉）。（六）、电磁铁的性能验算:1、验算线圈电阻及磁势：（、线圈冷电阻R20C

10、:20 c Lpj NR20C =cd24式中，d为标准线径；Lpj为平均匝长，Lpj = - X（ Dci+Dc2）；20c :查电2器学。、线圈热电阻Ri 10c :R110C110cR20C20 c式中，110c查电器原理与产品3）、电压下限时的磁势（IN）1（由于d取的标准线径，故此值与计算结果可能不同)：(IN)i =u下限_ R110CN(N:匝数)4、额定电压下的磁势IN :UnIN =(IN)1 xu下限2、验算线圈温升： 、计算线圈功率P :Un2 p = R110C 、计算线圈稳定温升：单位：CDe2) h，而K 值查电器原理与P Qt =Kt a其中，A :散热面积，A

11、=(Dei K产品；Kt :线圈表面综合散热系数。温升合格判定：W允许温升，温升合格；否则，需重算!3、计算气隙磁导：当设计的气隙为a点或c点时，故需要用分割磁场法计算设计点o的气隙磁导，具体参看电器学，式中的m二3。(1) 、工作气隙磁导 的计算：、圆柱体公式，先计算 ，再计算I、 n、川；（弧度）R r pI n(R rp)Rn 0n 卩(R rp)R当无极靴时,r = rc。1.6是棱角气隙2）、说明：式中r值，当有极靴时，r = r p ;（2）、棱角气隙磁导 a （由于棱角表面有镀层而产生），图放大示意图o be , R2 aLn -Ri其中Ri、R2未知;tgakakr1，即tg其

12、中， ak = 2x 镀层+不平，而镀层二12X 10不平二 0.05mm = 50X 10一m ;另外，R2 = R1 + a eXRLR2Q、非工作气隙磁导 hl和h2 :(1)极靴与铁芯之间的非工作气隙磁导hl :2rchlhl =其中， hi = h + 2 x 镀层+ 不平(2)因镀层产生的铁芯与铁轭之间的非工作气隙磁导h2 :2rch2 =式中， h2 = 2 X镀层+ 不平，其中不平6=50 X 10 m4、铁芯单位长度漏磁导C (如图1.7所示):P：“十)式中，丫 二 R a e5、极靴单位长度漏磁导Ln 6）、等效漏磁导1d :11d 24、磁路计算：已知（IN）1,求工作

13、气隙1）、计算漏磁系数其中,a：校角气隙磁导:1d (a)计算 的零次近似值(IN)1Ra(IN)1取五个工作气隙磁通：(1)0.505.600.3 o1.8所示，列表计算（Um + Uh)值:ub查电器学中“局部磁路的磁压降表”,表中缺省部分完善如下表一所示表1.1:完善“局部磁路的磁压降表”中缺省部分磁路部分磁通(Wb )导磁体截面积(m2 )磁通密度(T )磁场 强度(A/m )磁场长度(m )磁压降衔铁1S = alxbx1B1S1H1 (注)L1=ae R ax2H1X L1极靴1S2=r p1B2S2铁芯卜端部1S3=rc21B4S2H4L3 Lc2 2L4he2 2H4丄32磁轭

14、底部1S4= abbeB71S4H7aeL5=R+二2H7X L5(CD间距)非工作气隙511 h1非工作气隙611 h2附：(1)空白处公式与电器原理与产品相同；(2) 此表中所有的“ H X L”称为导磁体的磁压降Um + Uh = (H L) hUm = H X L(3) 求 Hi (i = 1 7):由B值，查给出导磁材料磁化曲线，找出对应Hi值具体为:Hi HH2 Hia、B v 0.4T:B1 B B2 B1H(0.4) H H(0.45)H(0.4)例如：0.4 B0.45 0.4b、c、B = (0.4 1.8)B 1.8T:T :用相似三角形算出;HB 1.8H(1.8)H(

15、1.8)H(1.75)1.8 1.75（低碳钢）的磁化曲线参数表：如附录二所示。A3a用作图法，求出值，并用大小同说明书的坐标纸画出:作局部磁化曲线=f（ Um + Uh），如图 1.9 所示;bcd为所求的在横坐标轴上取在纵坐标轴上取Ob = (IN)1 ；过 0及b点作直线与局部磁化曲线相交于 a点，则其纵坐标a即值。5、用能量平衡法求吸力F :其中，m二3吸力判定：F F0,为合格！否则，需重算!6、计算电磁铁的铜重、铁重及经济重量:(1) 、电磁铁的铜重m i :m 1 = cu Vcu cu d2 Lpj N ( cu 8.9 吨/m3 ) 4(2) 、电磁铁的铁重m 2 :m 2

16、Fe V Fe ( Fe 7.8 吨肝3)(3) 、电磁铁的经济重量：CD、由吸力计算出来的经济重量 m :m1 m20.9 F 02)、由反力计算出来的经济重量mF :mFm1 m20.9 Ff 0第二部分 计算机优化设计一 准备：笔；优盘一个；打印纸一至三张；笔记；手算草稿及白纸； 电器学教材； 学生证；要求对号入座！二 计算机优化设计：1、将设计步骤用 BASIC 语言编写出来的程序见附录一所示。2、对设计点的数据进行优化设计的操作顺序：a、开机t 插入磁盘t 进入DOS状态t 显示A f 键入“ BASIC ”宀键 入“ LOAD A10 ”（文件名）t键入“ LIST75-76 ”

17、t将76句的所有数据改为 手算时的对应值（上机前完成；“，不改！ t改完后，按“回车”键确定！（否 则数据没改！）b、 按“ RUN”键t计算机将显示算出的电磁铁结构尺寸 t 结果判定 （见结果判定原则）？如不合理，修改有关参数，再运算，直至合格 t 存盘 （ SAVE ”文件名）；c、将设计点的气隙值输入 t结果判定（见结果判定原则）？如不合理， 修改有关参数，再运算，直至合格；d、判定合格后，再按照气隙值由大到小的顺序输入其他点的气隙值，并对 结果进行分析 t 如不合格，修改有关参数，再运算，直至所有气隙的设计数据 合格；e、先代入设计点的“ F L”值，算出ml、m2和m,再代入包括设计

18、点在 内的所有“ F L”中的最大值，算出 m1、m2和mF t存盘（SAVE文件名）;f、打印结果（打印前，先在本机上插入“ 467 LPRINT “FL二”：FL”，并将 第220、250、385、430、445、469、480句前加字母“ L”；再到连有打印机的计 算机上添上“LList 75-76 ”，按回车，即可将75和76句打印出来；再敲入“ RUN”, 打印机将打印出电磁铁的结果尺寸等参数) ；g、按照气隙的大小分别将气隙值输入计算机中，打印机将打印出相应的值； 最后，输入二次“ FL”值(第一次输入设计点的值)，计算机将打印出ml、m2、 m 和 mF。三 结果判定原则：(1)

19、 吸力和反力配合良好(a、 b处：F Ko x Ff ; c、 d处： F Ff ; e 处：Kx Ff v Fv 2x Ff e );(2) P1要求要小：而P (= p / c )不要太大，在1.4以内；(3) m 和 mF 要较小：Ff = 12 N : m 20； Ff= 55 N:m 15 ；Qt = 0.4 或 0.6 : m 1.5 ；Qt = 1:m20；(4) H/48,即 Hi / Bi = 4 8,最好是6 8；(5) a e10 mm，即 H 10 mm ；(6) 70 C , 即卩 Ti 10 mm，即 B i 10 mm ；(8) C1 = 0.5 1 mm ，即

20、L1 大些好 =1 2 mm ； c 2 = 0 5 mm ,即 L2 = 0 10 mm，大些好；C3 5 mm , 即 L3 5 mm，大些好；c 4 = 0 3 mm，即 L 4 = 0 6 mm，大些好；h垫二 0.2 mm ； B 由 K j 查电器原理与产品得；(9) Ke = 1 2，也可以 1 ； Kx = 0.5 0.8。四操作方法:当计算机提问“ L二？（即气隙 n ）”时，按下“ RUN”（即功能键F4） 后，不能再按下“回车键”，否则程序认为L的值为0 !五 程序中第75句中符号与手算中符号对照表如下表2.1所示，要求在上机前将有关的手工计算值列出。表2.1 : 75句

21、中符号与手算中符号对照表KOPBOLOUOKIPRN1KGKEFroP3 o如kiP110XJnKtcKeKTTKBUNDM(l-23)LIL2L3L4KXQTKtTKJ榊线径d2Aci2 A ca占c32A C|Kxqt六附部分计算机优化设计符号与手算公式符号对照表如表2.2所示:表2.2:计算机优化设计符号与手算公式符号对照表DCDPHPHIBID1D2DMN1LC2 rc2rphphDc1DC2dnLcBEHEHXT1S1PIRILG0GAbea caxAPR110CnaGBGCGFKGQ0Q1IN1FGGFLhlh2Ld0(IN)1吸力d;拟定功第三部分 制 图一、 制图总要求：1、所

22、有零部件尺寸均按计算机算出的尺寸制图；2、所有图纸均应符合机械制图国标的要求；3、所有零件图均应使加工者能按图加工出零件，装配二、 具体要求：1 、 电磁铁部件装配图要求（ 2#图纸）：（1）、衔铁为打开位置，画一个主视图一个左视图。主视图中的极靴与铁芯 间要局剖，其中极靴与铁芯间用 M4 或 M5 的沉头螺钉连接， 简化画法可参考机 械零件制图（要求：L螺二（i2）d螺）；而主视图中铁芯与磁轭间不要局剖，他们的连接方法是用 M6 或 M8 的六角螺钉连接，在部件图中只画一个螺钉 头和一个弹簧垫圈；（2）、所有零件均按比例画出，只标装配后部件的总长、总宽、总高（要含 所有零部件）和工作气隙值，

23、而不必标注零件尺寸；（3）、 h 是线圈上部绝缘垫圈的厚度，如其 2mm ，图中可涂黑；（ 4 ）、线圈画小方格，格子的大小自定；（5）、技术要求：在衔铁闭合位置，衔铁与极靴间间隙不大于（） mm；（因 0.1mm= 间隙+镀层； 假定磁轭顶部高于极靴顶部： K 20.152mm ）；（6）、装配图零件明细表:a、每个零件或部件作为一个项号；b、每个零件写出名称、材料、数量、镀层、热处理等；c、标准件写名称、规格、数量、镀层及国标号；d、部件只写出名称、数量、“浸漆处理”；e、零件明细表写在图的右下角或零件标题栏的上方；2、零件图：包括铁芯、极靴、衔铁及磁轭零件图（3号图纸）。（1）、零件图制图总要求：a选择视图