第七章 电磁铁的磁路计算

1、第七章电磁铁磁路计算，教学目的和要求：1 .掌握电磁系统的基本特征，熟悉电磁系统的典型结构，了解电磁系统的使用；2.掌握欧姆磁路定律、基尔霍夫磁路第一定律和第二定律，熟悉磁路的概念及其工程意义，了解电磁系统计算的基本任务。第七章，电磁铁磁路计算，教学重点和难点：1 .电磁系统的基本特征；电磁系统的组成；电磁系统的特性；2.磁路的欧姆定律，基尔霍夫磁路的第一和第二定律；标量磁势；磁场的三个性质通过本课程的学习，学生可以掌握电磁系统的四个基本特性：吸力特性、反应特性、输入输出特性、时间特性、磁路的欧姆定律、基尔霍夫第一定律和第二定律，充分了解电磁系统的用途，为磁路的工程计算打下基础。第七章电磁铁磁

2、路计算，本章主要内容，1概述2电磁系统的典型结构和基本特性3磁场的基本概念和规律4磁场的一些性质5磁路的基本概念6电磁系统计算的基本任务，1。电磁系统由磁系统(主要由两个相对运动的铁芯和气隙等组成。具有闭合磁路的电气部件)、线圈和反作用力弹簧以及用于电磁转换的电气部件或零件。1.线圈励磁使磁系统磁化，并产生电磁引力来吸引电枢并使其运动以做机械功，从而达到某些预定的目的。2.通过线圈从电源吸收能量并通过电枢的运动输出机械功是电磁系统能量转换的一个方面；通过线圈输入电磁信号，通过电枢的机械运动输出指令是电磁系统控制功能的另一个方面。7-l概述，二。电磁系统的用途1。仅仅是一种电器。如牵引电磁铁、制

3、动电磁铁、升降电磁铁、电磁离合器和电磁吸盘等。2、作为电气元件或零件。如电磁接触器、电磁继电器、电磁脱扣器等。和电磁操作机构的执行部件。3.电磁传感器、电磁调压器甚至磁放大器也被视为电磁系统。本章主要讨论一种通过电枢来做机械功的电磁系统。3.电磁系统的计算实质上是其磁场的计算。由于电磁系统的磁场大部分是三维场，很难用解析法计算，而数值方法(如有限差分法、有限元法和积分方程法等)则很难计算。)已经被广泛使用。本章通过对磁场性质的分析和研究，掌握磁通量、磁场强度、磁感应强度和磁压降的分布规律，从而建立磁路概念，简化电磁系统的计算。7-l概述，7-2电磁系统的典型结构和基本特性，1。典型结构和工作原

4、理2。电磁铁的分类原理和类型。电器中电磁铁的作用。电磁铁的吸引特性。反应特征6。输入输出特性7。时间特性1。典型结构和工作原理：介绍继电器和接触器1。继电器：1)类型：电磁和2)名称：电流继电器，电压继电器，热继电器，时间继电器，光继电器，压力继电器，速度继电器等。3)重要元件：传感元件、操作机构和辅助触点。7-2电磁系统的典型结构和基本特性，电磁继电器，7-2电磁系统的典型结构和基本特性，2。接触器分为DC接触器、交流接触器和真空接触器。DC接触器：如右图所示。主触头为单断口旋转式，装有灭弧室；辅助触点mov，7-2电磁系统的典型结构和基本特性，电磁铁结构示意图，A)卡扣式，B)单U形直动式

5、，C)双U形直动式，D)单E形直动式，e)T形直动式，F)双E形旋转式，G)带齿轮的铠装线圈，H)不带齿轮的铠装线圈，3)交流和DC电磁铁，根据线圈电流类型。7-2电磁系统的典型结构和基本特性，双E直接作用DC电磁铁1-电枢2-线圈3-磁环4-静铁芯5-铆钉，按扣电磁铁1-电枢2-极靴3，6-非磁性垫圈4-铁芯5-线圈7-铁轭8-反作用弹簧9-角气隙，4。线圈连接方式：并联线圈7-2电磁系统的典型结构和基本特性，3。电磁铁在电器中的作用：(1)能远程自动控制电机；()作为传感元件；()作为分路跳闸和合闸电磁铁；()作为独立的电器，如牵引电磁铁、制动电磁铁、起重电磁铁、电磁吸盘和电磁离合器等。7

6、-2电磁系统的典型结构和基本特征；4.电磁铁有两种吸合特性：静态和动态，前提是：考虑了过渡过程中电路参数的变化。1.制作电磁吸力与衔铁机械行程的关系：Fx=f()直动电磁铁。下图显示了静态吸入特性。曲线2代表建议的功，它代表电磁系统在特定位置输出有效功的能力。7-2电磁系统的典型结构和基本特征。电磁转矩和电枢角位移之间的关系：M=f(a)旋转电磁铁。7-2电磁系统的典型结构和基本特性，19，5。反作用力特性：瞬时跳闸机构；起重电磁铁；弹簧载荷；多级弹簧负载(无移动触点)；多级弹簧负载(带移动触点)；永磁机构。7-2电磁系统的典型结构和基本特性，图7-4电磁系统的反应特性，VI。投入产出特征：指

7、投入与产出之间的关系。a)电磁继电器；b)磁放大器；c)线性电磁铁。7-2电磁系统的典型结构和基本特性，图7-5电磁系统的输入输出特性，七。时间特征：工作周期包括行动过程和释放过程。所谓时间特性是指上述两个过程中动作时间、释放时间和衔铁行程之间的关系。1.移动过程分为两个阶段，即触摸阶段和拉入移动阶段(图7-6)。2.释放时间分为释放时间和返回移动时间。7-2电磁系统的典型结构和基本特性，图7-6电磁系统的时间特性，1。磁场是一种空间，它是由电流建立的，并作用于载流导体。7-3磁场的基本概念和定律，1。磁场及其对电流的影响，图7-7磁场的机械效应A)对移动电荷的影响B)对电流的影响，2。磁场的

8、基本物理量：反映磁场性质的两个基本物理量：磁感应强度B和磁场强度H. B值：回忆毕奥-萨伐尔实验和毕奥-萨伐尔定律。7-3磁场的基本概念和规律，图7-8电流元件产生的磁感应强度，3。磁力线、磁通量和磁通量管4。磁通量连续性定律：也称为基尔霍夫磁路第一定律。上述公式的微分表明，磁感应强度是被动的、无下沉的，它是封闭的。形式是：或，7-3磁场的基本概念和规律，7-4磁场的一些性质，1。磁场的叠加性质：几个导体产生的磁场等于每个载流导体单独产生的磁场之和。其次，给定边界条件下磁场分布的唯一性，磁力线和等电位线相互正交，因此它们的几何位置之间存在互易性。7-4磁场的一些性质，3。磁力线和等电位线之间的

9、互易性，图7-14两个弧极之间的磁场a)磁极结构b)力矩线和等电位线，1.主磁通：也叫工作气隙磁通，指通过工作气隙的磁通；把它写下来。2.漏磁通：指仅在线圈和部分磁化器周围形成回路的磁通；把它写下来。(1)当它很小时，l被忽略；(2)当它很大时，不能忽略。磁路是串并联电路。7-5磁场的基本概念，7-5磁场的基本概念，图7-19有无漏磁通的电磁系统及其等效磁路，7-5磁场的基本概念，图7-17磁通管及其等效磁路，33，7-5磁场的基本概念，2。磁路计算的基本原理：1。磁路欧姆定律：磁路两点间的磁压降=通过磁路的磁通磁阻，7-5磁场的基本概念，2。磁路基本定律1)基尔霍夫磁路第一定律：对于磁路的任

10、何一个节点，进入该节点的磁通量等于离开该节点的磁通量。让离开节点的磁通量为正，进入节点的磁通量为负，那么在任何节点会聚的磁通量的代数和将为零，即=0，7-5，磁场的基本概念，2)基尔霍夫磁路第二定律():(1)定义：它意味着沿着磁路的任何闭合回路的磁电压降的代数和等于线圈磁动势与该回路的磁通量相交的代数和，否则，它为负。磁动势的正方向和电流的正方向应符合右手螺旋规律。当磁动势的正方向与周围方向一致时，磁动势为正，否则为负。7-5磁场的基本概念；3.等效磁路图：根据电路原理，画出等效磁路图。IN:表示磁动势。磁阻效应。跳动DC电磁铁的等效磁路图。7-5磁场的基本概念，7-5磁场的基本概念，图7-

11、18嵌入式电磁系统及其等效磁路，4。磁路计算困难的原因：1。导磁体的磁导率随磁感应强度B在相当大的范围内变化，因此导磁体的磁阻不是恒定的；2.气隙渗透率的计算结果不准确。3.由于漏磁通L，铁芯和磁轭各点的磁通值不相等，磁动势沿铁芯的分布不均匀。5.磁路和电路的异同磁路和电路有许多相似之处。例如，它们的基本物理量和基本定律之间有某种双重关系。然而，它们之间有本质的区别，主要在于磁路的分布和非线性。磁路的分布是由磁场的性质决定的，而磁路的非线性是由导磁材料的性质决定的。7-5磁场的基本概念。磁性材料具有很大的磁导率，但它是磁场强度的函数。因此，在磁导体中，磁感应强度与磁场强度的关系是非线性的，这就

12、决定了磁路的非线性。此外，在磁畴的影响下，磁性材料中的磁场强度的变化总是滞后于磁场强度的变化，即存在所谓的磁滞现象，这使得非线性关系更加复杂。7-5磁场的基本概念，7-6电磁系统计算的基本任务和计算框图，1。电磁系统计算的基本任务有两类：正向任务和反向任务。1.正向寻找任务是在给定的工作气隙磁通量下找到建立磁通量所需的磁势。例如，在设计和计算中，根据给定的静态吸力特性或动态特性的要求，首先确定电磁系统的结构形式，然后确定所需的工作气隙磁通，然后获得所需的线圈磁势和线圈参数。前进任务相对简单，也称为直接计算任务。2.逆向工程任务：计算给定磁势下的工作气隙通量整个电磁系统计算的工作框图如下。当然，

13、电磁系统计算不一定包括框图中的所有项目，根据具体的计算需要，有些项目可以省略。7-6电磁系统计算的基本任务和计算框图、7-6电磁系统计算的基本任务和计算框图、图7-20电磁系统计算框图、小结、电磁系统由导磁系统、线圈和反作用弹簧组成，用于电气元件或部件的电磁转换。电磁电器的电磁系统由铁芯、磁轭、电枢、励磁线圈和反作用弹簧组成。电磁系统有四个主要特征：吸力特征：它是电磁系统的电磁吸力Fx和电枢的机械行程之间的关系。静态吸入特性也称为静态特性或简称吸入特性。通过考虑过渡过程中电路参数的变化而获得的吸气特性称为动态吸气特性或动态特性。反作用特性：反作用弹簧或其他反作用装置施加在电枢上的反作用力Ff与

14、电枢行程之间的关系称为电磁系统的反作用特性。内容提要：输入输出特性：这是表征电磁系统输入输出关系的特性，主要有两种形式：继电器特性和控制特性。电磁系统的时间特性：指电磁参数在作用和释放过程中随时间的变化。触摸时间；接合运动的时间。这两个周期的总和就是行动时间。发布时间；返回移动时间。这两个时间段的总和称为释放时间。磁场的基本定律：磁通连续性定理和安培环路定律。前者的积分形式和微分形式是：而后者的积分形式和微分形式都是：虽然磁场是一个旋转场，但其中J=0，因为rotH=0，它也可以被看作是一个同位置场，所以可以引入一个纯计算量标量磁势Um，它的定义是，概括地说，在标量磁势场中，任意两点a和b之间的磁势差称为磁电压降。磁场有以下三个有用的性质：(1)叠加的适用性。(2)势场解的唯一性。(3)磁力线与等电位线