直流电磁铁及其典型应用.ppt

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1、第二章直流电磁铁及其典型应用电磁铁是线圈通电后对铁磁物质产生吸力，引起铁磁物质机械运动，把电能转换为机械能的一种电磁元件。线圈通人直流电，称为直流电磁铁。它由衔铁（吸片）、铁芯、线圈和返回弹簧等组成（以拍合式电磁铁为例）。本章重点研究它的原理、特性及其典型应用。第二章直流电磁铁及其典型应用2-1电磁铁磁系统的种类2-1电磁铁磁系统的种类电磁铁磁系统的种类繁多，但若按产生吸力的原理分，大体上可分为三大类型，即拍合式、吸r入式和旋转式。一、拍合式拍合式电磁铁磁系统如图2一1(a）所示。二、吸入式三、旋转式旋转式电磁铁磁系统如图2一4所示。四

2、、极化电磁铁一、拍合式拍合式电磁铁磁系统如图2一1(a）所示。第二章直流电磁铁及其典型应用2-1电磁铁磁系统的种类二　吸人式电磁铁磁系统　　如图2一2所示。第二章直流电磁铁及其典型应用2-1电磁铁磁系统的种类图2一3所示为飞机上用来操作扰流片的电磁铁，实际上它就是组合在一起的两个吸人式电磁铁，线圈1通电时衔铁向左运动，线圈2通电时衔铁向右运动，实现打开扰流片和收起扰流片的操作。第二章直流电磁铁及其典型应用2-1电磁铁磁系统的种类效果演示三、旋转式旋转式电磁铁磁系统如图2一4所示。第二章直流电磁铁及其典型应用2-1电磁铁磁系统的种类四、极

3、化电磁铁1.工作原理:除有线圈产生的Φp以外，还有永久磁铁产生永久磁铁磁通Φm1和Φm2,使一个气隙中的Φp与与Φm1同向，而另一个气隙中与Φm2反向，衔铁将向合成磁通大的一边运动．显然，线圈的电流方向不同，衔铁的运动方向也不同．这类电磁铁是有极性的，称为极化电磁铁。极化电磁铁的主要特点：(1)能反应线圈信号的极性，如上所述。在有些变换器中还能做到使衔铁的位移（或转角）正比于信号的大小。(2)灵敏度高：目前对一般电磁式电磁铁的吸合磁势达(2.5^-3)安匝、吸合功率达10mw，这已经算是很高灵敏度了．但是极化电磁铁的吸合磁势只需(0.5

4、-1)安匝，吸合功率只需(5-10)10-6W.可见极化电磁铁的灵敏度是相当高的。(3）动作速度快：由于极化电磁铁的结构特点（线圈尺寸小、吸片可以做得很轻，行程也小），因此可使线圈的机电时间常数很小，其灵敏度很高。某些极化电磁铁的动作时间只有(1^-2)ms,而目前电磁式电磁铁最快的吸合时间也要(5^-10)ms.第二章直流电磁铁及其典型应用2-２直流电磁铁磁的吸力特性所谓吸力特性是指衔铁在不同位置且保持线圈电流I(或磁动势F=IN)不变时，作用在衔铁上的电磁吸力Fem,与工作气隙δ间的关系，即Fem=∫(δ)；或作用在衔铁上的电磁力矩

5、Tem与工作转角a之间的关系，即Tem=∫（a）为力矩特性。吸力特性按照能量转换原理进行分析确定是较为方便的，下面将从能量转换原理的思路进行简单介绍。由于电磁铁是利用磁场作媒介，将电能转换为机械能的一种电磁元件，因此它的能量转换过程首先是由电能转换为磁能，然后再由磁能转换为机械能并作功，从而确定吸力特性．2.1电磁铁的静吸力和静吸力特性2.1.1电磁铁中的能量转换+-uNeδ1Φ直流拍合式电磁铁假设：(1)铁心不饱和；(μFe为常数)(2)忽略漏磁影响；(3)当δ变化时，铁心饱合程度不变；(4)衔铁与静止铁心之间的气隙为δ1，并保持不变

6、。电能磁场能dt时间内在电阻上消耗的电能电源在dt时间内提供的能量，dt时间内转换为磁势的能量，存储在磁场中开关K合上瞬间，此时电路平衡方程式为：+-uNeδ1Φ积分，得式中对直流电磁铁，当电流达到稳定后，dΨ/dt=0，自感电势为零，I=U/R。直流电磁铁磁系统的等值磁路磁系统的总磁势：Fm=IN整个磁路的磁压降可分解为铁心总磁压降和气隙总磁压降两部分：Fm=IN=Um+Uδ铁心磁阻的磁压降Um随Φ的变化由系统的局部磁化曲线Φδ=f(Um)决定。气隙磁压降U=ΦδR是线性的。气隙磁导线：局部磁化曲线气隙磁导线局部磁化曲线气隙磁导线

7、设t=0，Φδ=0(i=0)；t=t1，Φδ=Φδ1(i=I)。磁场存储的能量为：存储于铁心内存储于气隙内2.1.2电磁铁的静吸力特性电磁铁的静吸力特性是指衔铁处在不同位置并且静止时，保持线圈电流(磁势)不变的情况下，作用在衔铁上的电磁吸力Fd(或电磁力矩Md)和工作气隙δ的关系，即Fd=f(δ)或Md=f(α)。+-uNeδ1Φ设时间：t=t1→t=t2气隙：δ1↓=>δ2电磁吸力方向：指向静铁心端面气隙气隙当气隙为δ2时磁场存储的能量：在这个过程中，磁系统吸收了一部分电能，转化为磁场能量，增加的磁场能量：当气隙为δ1时磁场存储的能量

8、：由能量守恒定律知：机械功现在储存的能量原来储存的能量从电源吸收的新增能量机械功：由此，又所以，对衔铁做旋转运动的电磁铁，用完全相同的方法可推导出作用在衔铁上的电磁力矩。电磁力公式是根据拍合式直流电磁铁推导