電磁鐵設(shè)計(jì)計(jì)算書河北科技大學(xué)電氣工程學(xué)院張剛電磁鐵設(shè)計(jì)中有許多計(jì)算方法，但有許多計(jì)算原理表達(dá)的不夠清晰，本人參照“電磁鐵設(shè)計(jì)手冊(cè)”一書，對(duì)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了整理補(bǔ)充，完成了一個(gè)直流110V拍合式電磁鐵的計(jì)算。設(shè)計(jì)一個(gè)拍合式電磁鐵，它的額定工作行程為4mm，該行程時(shí)的電磁吸力為0.8公斤，用在電壓110V直流電路上，線圈容許溫升為65°C。1）初步設(shè)計(jì)第一步：計(jì)算極靴直徑電磁鐵的結(jié)構(gòu)因數(shù)為：而?用K. 牝2.2查空氣氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)因數(shù)的經(jīng)濟(jì)表格，如下圖所示:頗Q8O00mo3000頗Q8O00mo30002DOO15003LUJQ4GS10一―湖項(xiàng)。粘構(gòu)因數(shù)從圖中可查得，氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度最好取為B,=2000Gs。極靴的表面積為:\2I5000\2I50002B~p'=0.8x15000T=5cm2I2000；極靴直徑為:4S TT兀4x54S TT兀4x5=2.52cm3.14取d=2.5cm，則S第二步，計(jì)算鐵芯直徑=4.9cm2。磁感應(yīng)強(qiáng)度B增加為2040Gs。p材料采用低碳鋼，其磁感應(yīng)強(qiáng)度取B=11000Gs，漏磁系數(shù)^取2,則:Scm一二2x2°4。04.9ScmB11000cm鐵芯直徑為:=鐵芯直徑為:=1.52cm取d=1.5cm，則S=1.77cm2第三步，計(jì)算線圈磁動(dòng)勢(shì)線圈的磁動(dòng)勢(shì)NI為工作氣隙磁動(dòng)勢(shì)、鐵芯磁動(dòng)勢(shì)和非工作氣隙磁動(dòng)勢(shì)的和，記為：NI=（NI）g+（NI）+（NI）計(jì)算中，可?。海∟I）+（NI）=a（NI）這里a=0.15?0.3,也就是鐵芯磁動(dòng)勢(shì)和非工作氣隙磁動(dòng)勢(shì)的和約占總磁動(dòng)勢(shì)的15%?30%。因此，線圈的磁動(dòng)勢(shì)應(yīng)為:.§苻B義 2040x10-4x0.4x10一2{NI)=0一= —?§= r932安匝1 1-a 旦(1-a) 4兀x10-7(1—0.3)系統(tǒng)一般要求電壓降到85%U和時(shí)仍能正常工作，在額定電壓U和下的磁動(dòng)勢(shì)為:NI=捋^=1095安匝0.85計(jì)算溫升時(shí)，一般取額定電壓Un的1.05?1.1倍，此時(shí)的磁動(dòng)勢(shì)為:（NI）=NIx1.05=1150安匝2第四步，計(jì)算線圈尺寸1）推導(dǎo)計(jì)算線圈厚度公式線圈的溫升公式為：日-S這里:0:溫升，單位。C；P：功率，單位W；七：線圈的散熱系數(shù)，單位w/cm2?C；S：線圈的散熱表面積，單位cm2。a）線圈散熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)值如下表所示。表線圈散熱系數(shù)氣的經(jīng)驗(yàn)值P(W/cm2-C)線圈溫升0（°C）A類B類線圈與鐵芯柱間熱傳導(dǎo)良好時(shí)線圈與鐵芯柱間熱傳導(dǎo)不良時(shí)40455011.00X10-49.84X10-411.20X10-410.01X10-411.41X10-410.19X10-45511.62X10-410.37X10-46011.80X10-410.54X10-46512.04X10-410.72X10-47012.25X10-410.99X10-475808512.46X10-411.17X10-412.68X10-411.35X10-412.89X10-411.52X10-4b）散熱表面積的計(jì)算方法線圖的散熱表面種S的計(jì)算公式如下:S=SH+門S這里：S:線圈的外表面面積（cm2）HS:線圈的內(nèi)表面面積（cm2）en:表面系數(shù)，依結(jié)構(gòu)確定。m線圈表面系數(shù)n的確定原則：m1） 骨架為導(dǎo)熱較差的絕緣材料時(shí)，nm=0；ii） 骨架為導(dǎo)熱較好的金屬材料時(shí)，nm=1.7；iii） 無骨架時(shí)，nm=0.9?1；iv） 線圈直接繞在鐵芯上時(shí)，nm=2.4o2） 線圈高厚比P線圈高厚比P是線圈的高度匕和線圈的厚度bk之比，它與整個(gè)電磁鐵的用銅量和用鐵量有關(guān)，影響電磁鐵的經(jīng)濟(jì)性。線較的結(jié)構(gòu)如下圖所示?！鯥Ji"封 ■線圈高厚比B選擇如下表所示:P=P=12R=12-PR氣.N=

q?丸-D CP表線圈高厚比B經(jīng)驗(yàn)取值電磁鐵型式B值直流電磁鐵交流電磁鐵拍合式帶極靴4~62不帶極靴5?7盤式2~41~2螺線管式7~83~43）由溫升確定線圈高度的計(jì)算公式線圈消耗的功率可表示為：這里：P:電阻系數(shù)，單位。?mm2!m；Dp:線圈的平均直徑，Dp=D1+bk，單位m；q:導(dǎo)線的截面積，單位mm2；N：線圈匝數(shù)。銅導(dǎo)線電阻系數(shù)的值如下表所示:工作溫度（°C）電阻系數(shù)（。?mm2!m）工作溫度（C）電阻系數(shù)（。?mm2!m）20P“二0.0175490P90=0.0223635P35=0.01857105P105=0.0233940P40=0.01991120P120=0.02443線圈的表面種可表示為：S=S+nS=兀（D+2b）l+H冗DlHme 1kkm1k這里取門二1，則：mS=n2（D+b）l=n2Dl1kk cpk代入線圈溫升公式，得:

p?兀-D(NIJ2 *nP q?N kNIJ?pV= = = 目?S目?2兀Dl2目?l?q?N

m m cpk mk這里：q?N表示線圈占的表面積，可用填充系數(shù)與線圈面積來表示。填充系數(shù)九表示線圈中導(dǎo)體銅截面所占面積與線圈的總面積之比’表示這:Qq?NM= Qkb"故：n (NIJ?p (NIJ?p (NIJ2?pV= = = 2目?l?q?N2目?l?f?b?l2目?f?p2b3mk mkkkk mkk則:b= (NI??pk-32p?九.V.P2但這里單位制還不統(tǒng)一，R的單位是W/cm2?°C,把p但這里單位制還不統(tǒng)一，R的單位是W/cm2?°C,把p統(tǒng)一化成cm2和mm,得:b= (NI??pk-320p?九?V.P2(mm)本例中導(dǎo)線采用Q號(hào)漆包線，其最高容許溫升為V=65C，查表知，其散熱系數(shù):p=12.04X10-4(W/cm2?c)選取線圈高厚比:當(dāng)溫升V=65C，工作溫度=65C+40C=105C，則電阻系數(shù):p=0.02339(□?mm2/m)取填充系數(shù):f廣0.45則線圈厚度為:(NIJ2?p10952x0.02339 /J八八3 =10.3(mmJ20p?匕.V.p2 V20x12.04x10-4x0.45x65x62取b=10mm，則k=6x10=60(mm)。第五步，計(jì)算線圈直徑電壓型線圈，有如下關(guān)系式:U=IR=這里:兀d2q~則：'4pQ（NI）（、d=t 建 \jnm）V u這里：D=d+b=1.5+1.0=2.5cm=0.025mcpck故：d=回="2339x0.025x1匝=。成"\UV 110查線規(guī)表，其鄰近的直徑為d=0.16nmi,帶絕緣漆后d'=0ASmmo第六步，計(jì)算繞圈匝數(shù)電磁鐵電流密