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，在同样大小的气隙下，铁心的激磁安匝越大，作用于衔铁的电磁吸力x就越大；或者说，在同样大小的激磁安匝下，气隙越小，作用于衔铁的电磁吸力x就越大。通过理论分析可知，电磁吸力x与和之间的关系可用下式来表达：x5.1I2（dL/d）(其中L线圈的电感) （11）在电磁铁未饱和的情况下,可以近似地认为线圈电感L=W2G(式

2、中G气隙的磁导)。于是式（11）又可写为Fx=5.1(IW)2d G/d （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/d成正比。气隙磁导G的大小是随磁极的形状和气隙的大小而改变的。如果气隙中的磁通为均匀分布，则气隙磁导可以表示为：G=0（KS/）（亨） （14）式中：0空气的磁导率，=1.2510-8(亨/厘米)； S决定磁导和电磁吸力的衔铁面面积（厘米2）； 气隙长度，即磁极间的距离（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，而且值越大，K值也就越大。可以推导出：d G/d=0（S/2）于是有

3、：Fx=5.10 (IW)2S/式中的负号表示随着气隙的减小，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（K1），则气隙磁感强度为：B=/S=（IW）G/S=（IW）0S/S=（IW0）/所以电磁吸力的公式还可写为：Fx=5.1B2S/0式中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=5.110B2S/1.2510-8=(B/5000)2S将=BS代入上式，而以麦克斯韦为单位，则又可写为：Fx=（/5000）2（1/S） （156）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

4、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

5、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）IIW 交流：UI（IW）（）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：E=4.44fWm10-8(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，UE=4.44fWm10-8(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/WL L=W2G=W20S/，代入上

6、式即，得： I=U（/ W20S）当外加电压U线圈匝数W，电源角频率和磁极，截面积S均为定值时，激磁电流I与衔铁行程成正比。交流电磁铁的吸力特性一般比较平坦，令B=BmSint，根据（1-5），有 Fx=（1/5000）2SBm2Sin2t =（1/5000）2SBm2 (1-cos2t)/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-cos2t）/2= Fm/2- Fm/2 cos2t若令电磁吸力不变分量F0= Fm/2时，则得 Fx=F0（1-cos2t） （18） 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F0，其值为最大吸力值 Fm之半；另一个是交变分量Fm= F0cos2t，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,这就是交流电磁铁