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直流、交流电磁铁

2016.05.16 22:09 评论:0

铁心线圈通电产生磁场,能吸引铁磁物质,利用这种原理制成的电器,称电磁铁。例如,磨床工作台上的电磁吸盘,吸着铁质工件被磨削,由于是工件的精加工工序,用其他形式的夹具固定工件都会使工件变形或受损,电磁吸盘则可使工件不变形、不受损。又如炼钢厂废散铁料回炉用电磁铁吸着废散铁料进行吊运。通常电磁铁是吸引衔铁使其他机械装置发生联动,因此制成各种继电器、接触器、电磁阀、电磁离合器、电磁抱闸(电梯、起重机预防停电出现滑落事故的制动装置)等。

电磁铁一般由线圈、铁心和衔铁三部分组成。它的结构形式通常有下图所示的几种。

电磁铁的几种形式

磁铁分为直流电磁铁和交流电磁铁。

直流电磁铁

直流电磁铁通入的电流恒定,磁场恒定,因而没有磁滞、涡流损耗,只有铜损。磁场恒定,其吸力亦恒定。但断电后会因铁磁材料剩磁而仍有残余吸力。电磁吸力F为:

$$F=\frac{1}{2}\frac{B^2}{\mu _{0}}A=\frac{1}{8\pi }B^{2}A\times 10^{7}N$$

式中B——气隙中磁感应强度(T);A——气隙的截面积(m2

交流电磁铁

交流电磁铁通入交流电,磁场交变,其产生的吸力是时大时小波动的。

设B=Bmsinωt,带入上式中,得瞬时吸力f为:

$$f=\frac{A}{2}\frac{B^{2}_{m}}{\mu _{0}}sin^{2}\omega t=\frac{A}{2}\frac{B^{2}_{m}}{\mu _{0}}(\frac{1-cos2\omega t}{2})$$

交流电磁铁的吸力瞬时吸力f随时间变化,如右图所示,其平均值F为:

$$F=\frac{B^{2}_{m}}{4\mu _{0}}A=\frac{1}{16\pi }B^{2}_{m}A\times 10^{7}N$$

式中各量的单位与前面相同,磁感应强度取幅值Bm。

由于吸力是脉动的,这将会引起衔铁振动,所引起的噪声及造成的机械磨损故然不可忽视,但更主要的是与衔铁联动的机械装置的颤动,如接触器的电触点颤动、电磁阀的阀心颤动所带来的后果便值得重视。要求严格的场合,例如磨床的电磁吸盘是不采用交流电磁铁而是采用直流电磁铁的。

短路环为了改善吸力的脉动情况,可在铁心的某一端部嵌装一个闭合的铜环,称为短路环或分磁环,如右图所示。由于在短路环中产生的感应电流,阻碍了穿过它的磁通变化,使磁极的两部分磁通Φ1和Φ2之间出现相位差,因而两部分磁通所产生的吸力不会同时过零,即一部分磁通产生的瞬时力为零值时,另一部分磁通产生的瞬时力不会是零值,其合力始终不会有零值出现,这样就可减少衔铁的振动及噪声。实际操作时,如发现接触器噪声显著变大时,说明经过多次切换后接触器铁心的短路环撞裂了。

交流电磁铁线圈的电流主要取决于线圈的感抗,而在吸合过程中,随着气隙的减小,磁阻减小,线圈感抗增大,因而电流逐渐减小,即启动电流比维持吸合的电流大得多。在实际操作时,如发现衔铁或机械可动部分被卡住,通电仍吸不上,应及时断电检查,否则长期过大的启动电流会烧坏线圈。

交流电磁铁有磁滞、涡流损耗,故其铁心必须用硅钢片叠成。而直流电磁铁可用整块软钢制成铁心。