08 3 29直流電磁鐵設(shè)計(jì)指導(dǎo)書電子版

1、低壓電器課程設(shè)計(jì)直流接觸器電磁鐵設(shè)計(jì)編著2014年 12月8日 8 第一部分手工計(jì)算一、計(jì)算反力特性（一）、計(jì)算工作氣隙值:1、銜鐵打開（即主觸頭打開，稱 a點(diǎn)）位置的工作氣隙b a =（ P 1+丫1）X Kg 12、動(dòng)斷輔助（橋式）觸頭斷開（稱b點(diǎn)）時(shí)的工作氣隙 b：6 b = 6 aY2 X Kg 23、主觸頭剛接觸（閉合，稱c點(diǎn)）時(shí)的工作氣隙值5 c：4、動(dòng)合輔助觸頭剛接觸（閉合，稱d點(diǎn)）時(shí)的工作氣隙5、銜鐵完全閉合位置（稱e點(diǎn)）時(shí)的工作氣隙5e：取右e = 0.1mm;其中鍍鋅層厚度 右鍍層二212 10-6m = 24 10-6m；（二）、計(jì)算各位置反力，并作反力特性曲線（如圖1.

2、1所示）:圖1.1反力特性曲線1.釋放彈簧折算反力Ffi的特性曲線Ffi實(shí)質(zhì)是將釋放彈簧初始反力Fso折算到鐵芯中心線后的釋放彈簧反力，其特性曲線是一條直線，從a點(diǎn)至y e點(diǎn)。FsoFf1a = Kg：Csx a - 6e)Ffie = Fso +-Kg3.丄Kg3CDFfib、Ffie、Ffid的反力則由Ffia和Ffie的連線,按比例（或相似三角形）求出;2.主觸頭剛接觸（閉合）時(shí)的折算反力 Ff 2特性曲線Ff 2實(shí)質(zhì)是將所有主觸頭的彈簧初始反力F20和F2Z折算到鐵芯中心線后的彈簧反力,其特性曲線是一條直線，從6= 6c：Ff 2C =ni X F10KgiFf 2e =ni X Fi

3、zKgiCDFf 2d的反力由Ff 2c和Ff 2e的連線按比例（或相似三角形）求出;3、動(dòng)合輔助觸頭折算反力Ff 3特性曲線Ff 3實(shí)質(zhì)是將所有動(dòng)合輔助觸頭的彈簧初始反力F2O和F2Z折算到鐵芯中心線后的彈簧反力，其特性曲線是一條直線，從 d點(diǎn)到e點(diǎn)。Ff 3d = 6= 6e :F f 3e =n2 X F20Kg2n2 X F2ZKg 24、動(dòng)斷輔助觸頭折算反力 Ff 4反力特性曲線Ff 4實(shí)質(zhì)是將所有動(dòng)斷輔助觸頭的彈簧初始反力F20和F2Z折算到鐵芯中心線后的彈簧反力，它不是“正”反力，而是“負(fù)”反力，其特性曲線是一條直線,從a點(diǎn)至y b點(diǎn)。 6= 6b :Ff 4b =Kg 2n3

4、咒 F2O5、將 Ff 1 = f (6)、Ff 2 = f (6)、Ff 3 = f (5)、Ff 4 = f (6)代數(shù)相加，繪出反力特性曲線Ff = f (6)(如圖二所示)總反力特性曲線圖1.2Ff a:主觸頭斷開時(shí)的反力合力;Ff e :銜鐵閉合后的反力合力;Ff b:動(dòng)斷輔助觸頭斷開后的反力合力;Fb:動(dòng)斷輔助觸頭斷開前的反力合力;Ff c:主觸頭接觸后的反力合力;Fc:主觸頭接觸前的反力合力;Ff d:動(dòng)合輔助觸頭接觸后的反力合力;Fd :動(dòng)合輔助觸頭接觸前的反力合力;（三）、確定設(shè)計(jì)點(diǎn)、并計(jì)算設(shè)計(jì)點(diǎn)吸力 Fo：1、將擬定功(Ff a a )、( FfbMb)、( FfcMc)、

5、( FfdMd )、（Ffe Me ）求出，其中乘積最大者的點(diǎn)即為設(shè)計(jì)點(diǎn)，此點(diǎn)的氣隙值即為設(shè)計(jì) 點(diǎn)的氣隙值;2、Fo = Ko沢Ff 0 （式中Ko :安全系數(shù)；查電器原理與產(chǎn)品，按“接觸器”選擇）；3、在本紙（說明書）大小的坐標(biāo)紙上，畫出吸力-反力特性曲線。（四）、選擇電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式1、計(jì)算結(jié)構(gòu)因數(shù)K j :注意：Fo的單位是N;柱0的單位是cm;2、查低壓電器,確定電磁鐵的結(jié)構(gòu)形式。（五）、初步設(shè)計(jì):1、求 r c:電磁鐵的極靴結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.3所示。如 FoXo-7r c = P 畑JcJn (1)2 hp 3 廠(P)，其中極靴系數(shù)P =rp，同時(shí) hp3mm;r c圖1.3電磁鐵

6、的極靴結(jié)構(gòu)示意圖2、計(jì)算電壓下限的磁勢（IN 及額定電壓的磁勢IN :0電壓下限的磁勢（IN ）:(IN h = K昇 B。卜0式中，B5 :磁感應(yīng)強(qiáng)度，查電器原理與產(chǎn)品：當(dāng) 0 = 5 a時(shí)，系數(shù)Ki = 1.2 1.55，且盡量取大；0 = 6c時(shí)，系數(shù)Ki = 1.5 - 2.5;額定電壓的磁勢IN :UnX IN = ( IN)111U下限3、計(jì)算線圈的高度h及厚度也:Qt。h及A接線圈內(nèi)外表面散熱系數(shù)不同計(jì)算；如為反復(fù)短時(shí)工作制時(shí)要乘QT 00 (IN)( n + 1)0線圈的高度hh =Kt K (1 +2n+KP)xnxr，怙（表面綜合散熱系數(shù)）（單位：C）其中，線圈厚度比值系數(shù)

7、n=0.54、按電壓線圈計(jì)算導(dǎo)線的線徑d和導(dǎo)線匝數(shù)N:（0導(dǎo)線的線徑d：件卩100廠(C+ rjyiN)d = Un其中，e = r c +也C1 ；然后根據(jù)計(jì)算結(jié)果，比較標(biāo)準(zhǔn)線徑值，進(jìn)行圓整（最接近的值）；附“標(biāo)準(zhǔn)線徑”：0.1、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.23、0.25、0.28、0.31、0.33、0.35、0.38、0.42、0.45、0.47、0.5(mm)導(dǎo)線匝數(shù)N :其中，d要取標(biāo)準(zhǔn)線徑:5、計(jì)算電磁鐵的其他結(jié)構(gòu)尺寸:線圈內(nèi)徑Dc1和外徑De 2：DC1 =De 2其中，心C1：鐵芯與線圈內(nèi)徑的

8、空隙（作用時(shí)保護(hù)線圈內(nèi)層絕緣及出入靈活），也C1=0.5 - 1mm; A :線圈厚度，mm; 鐵心長度Lc:如圖1.4所示。Lc = h 2xi C4 也 h其中，込h是非磁性墊片的厚度，也h = 0.2mm;C4是絕緣墊圈厚度，心C4 = 0 - 3 mm,C2是磁軛寬度比線圈外徑多出的部分，A C2 = 0 - 5 mm,也C3工5 mm。磁軛尺度:I磁軛截面積Se :Se = Ke X 沢 X rc 2其中 Ke = 1 - 2 ; Ke越小越好;n磁軛寬度be :be = Dc2 + 2 X A C2III磁軛厚度a e :IV磁軛高度he :V磁軛底部的長度Le :先算再算Le :

9、Le = R +Dc22要求:銜鐵尺寸:I銜鐵截面積Sx :Se a e =屋he = Lc + 也 h + hpDC2R =飛Oe2Sx = Kx X 兀式中Kx = 0.5 - 0.8; Kx越小越好;銜鐵寬度bx :bx = beIII銜鐵厚度a x :SxbxIV磁軛底部的長度Lx （如圖五所示）Lx ( r p + R) + 5rc 2R十r p+ hp圖1.5電磁鐵的鐵心結(jié)構(gòu)示意圖6、參考電器原理與產(chǎn)品，在說明書上按比例畫一個(gè)直流接觸器電磁鐵的結(jié)構(gòu)草圖（一個(gè)主視圖，一個(gè)左視圖，含六角螺釘）（六）、電磁鐵的性能驗(yàn)算:1、驗(yàn)算線圈電阻及磁勢:、線圈冷電阻R20C ：R20C式中，d為標(biāo)

10、準(zhǔn)線徑;器學(xué)。p20c 咒 Lpp NLpj為平均匝長，Lpj = I X（ Dc1+Dc2）; P 20查電、線圈熱電阻R110C ：RiiocP 110CR20C式中，P 110C查電器原理與產(chǎn)品、電壓下限時(shí)的磁勢（IN）1 （由于取的標(biāo)準(zhǔn)線徑，故此值與計(jì)算結(jié)果可能不同)：u下限X N(IN)1 = R110C N(N :匝數(shù))、額定電壓下的磁勢IN :IN = (IN)iUnX U下限2、驗(yàn)算線圈溫升:、計(jì)算線圈功率P ：Un2P = Riioc、計(jì)算線圈穩(wěn)定溫升px QtKN A其中，A :散熱面積，A二兀漢(Dcix KP + Dc2)咒h，而KP值查電器原理與產(chǎn)品；Kt :線圈表面

11、綜合散熱系數(shù)。溫升合格判定：工W允許溫升，溫升合格；否則，需重算!3、計(jì)算氣隙磁導(dǎo):當(dāng)設(shè)計(jì)的氣隙為a點(diǎn)或c點(diǎn)時(shí)，故需要用分割磁場法計(jì)算設(shè)計(jì)點(diǎn)6。的氣隙磁導(dǎo)，具體參看電器學(xué)，式中的m二3。、工作氣隙磁導(dǎo)的計(jì)算:、圓柱體公式，先計(jì)算&，再計(jì)算衣I、5 n、5圖1.6棱角氣隙放大示意圖 doR（弧度） = (R-rp)R= (R+ rpp 0R、說明：式中r值，當(dāng)有極靴時(shí)，r二r p ;當(dāng)無極靴時(shí)，r二rc。（2）、棱角氣隙磁導(dǎo)幾a （由于棱角表面有鍍層而產(chǎn)生），圖1.6是棱角氣隙放大示意圖。ox beAa =汎9LnRR1其中Ri、R2未知;tg=頁，即抵akR1 =tg日其中， ak = “鍍層

12、+云不平，而云鍍層二12X 106 m狀抵不平R2 = Rl + a e 、非工作氣隙磁導(dǎo)幾h1和A h2 :(1)極靴與鐵芯之間的非工作氣隙磁導(dǎo) 幾h1 :24 ox 兀 X rc幾h1 =其中，6 h1二也h + 2x5鍍層+抵不平因鍍層產(chǎn)生的鐵芯與鐵軛之間的非工作氣隙磁導(dǎo)2 :40X 兀 X rc“2 =式中，5 h2 = 2x5鍍層+ &不平，其中5不平二50X 10 m、鐵芯單位長度漏磁導(dǎo) g (如圖1.7所示)：Qx X k/ = 2 0C ,Y+Jy2c2、5( rC )式中，Y 二 R a e。6圖1.7鐵芯單位長度漏磁導(dǎo)、極靴單位長度漏磁導(dǎo) 5：20LnC p )p圖1.8電

13、磁鐵的局部磁路圖 、等效漏磁導(dǎo)J :5d =*-c Lc +Ap hp4、磁路計(jì)算：已知（IN）1,求工作氣隙*6 :0、計(jì)算漏磁系數(shù)bX 仏=+)1d a 丿幾M X k6 a其中，A a：校角氣隙磁導(dǎo):計(jì)算*6的零次近似值(IN)1b R+Ra取五個(gè)工作氣隙磁通：(1)0怙蘭怙蘭怙2蘭怙3蘭怙蘭怯蘭怯當(dāng) 6 0=503怙蘭怙乞怙蘭S性4蘭怙蘭0.6咒性。Um + Uh)值: 查電器學(xué)中“局部磁路的磁壓降表”，表中缺省部分完善如下表一所示。表1.1:完善“局部磁路的磁壓降表”中缺省部分磁路部分磁通(Wb )導(dǎo)磁體截面積(m2 )磁通密度(T )磁場 強(qiáng)度(A/m )磁場長度(m )磁壓降銜鐵

14、61S = X bxB1亠1S1H1 (注)L1=caeR+ ax2H1 X L1極靴*61S2=兀 X rp2* 1S2鐵芯卜端部CT X 性12S3=兀 X rc* 61B4 = b X S2H4L3 _ Lc2 2L4he2 2L32磁軛底部CT X得S4=afe bec*51B7 = b X _S4H7aeL5=R+ c2H7X L5(CD間距)非工作氣隙5屮61* 61C X 幾h1非工作氣隙6八性1* 61c X幾h2附：(1)空白處公式與電器原理與產(chǎn)品相同;(2)此表中所有的“ H X L”稱為導(dǎo)磁體的磁壓降。Um + Uh =藝(H X L)中送Um = H X L(3)求 H

15、i (i = 1 - 7):由B值，查給出導(dǎo)磁材料磁化曲線，找出對應(yīng)Hi值。具體為:H1- Ha、B 1.8T:B = （0.41.8） T :用相似三角形算出;H -H(1.8)H(1.8) - H(1.75)181.75B-1.8A3（低碳鋼）的磁化曲線參數(shù)表：如附錄二所示。、用作圖法，求出* 6值，并用大小同說明書的坐標(biāo)紙畫出:作局部磁化曲線* 6 = f (Um + Uh),如圖 1.9 所示;在橫坐標(biāo)軸上取Ob = (IN)1 ；在縱坐標(biāo)軸上取* 50 ；過* 60及b點(diǎn)作直線與局部磁化曲線相交于 a點(diǎn)，則其縱坐標(biāo)* 2即為所求的圖1.9作圖法求出叫5、用能量平衡法求吸力F :其中，

16、m二3吸力判定：F Fo,為合格！否則，需重算!6、計(jì)算電磁鐵的銅重、鐵重及經(jīng)濟(jì)重量:(1)、電磁鐵的銅重m 1 :m 1 二 Ycu% Vcu = Ycu 咒工咒 d2 X Lpj 咒 N (Ycu=8.9 噸/m3 )14(2)、電磁鐵的鐵重m 2 :m 2 = Y Fe X V Fe ( Y Fe=7.8噸/m3 )、電磁鐵的經(jīng)濟(jì)重量:、由吸力計(jì)算出來的經(jīng)濟(jì)重量 m :mm2m =1oa6 0、由反力計(jì)算出來的經(jīng)濟(jì)重量mF :mF o.9%Ff 沢右0第二部分計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)備:筆；優(yōu)盤一個(gè)；打印紙一至三張；筆記；手算草稿及白紙；電器學(xué)教材;學(xué)生證；要求對號入座!計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì):1、將設(shè)

17、計(jì)步驟用BASIC語言編寫出來的程序見附錄一所示。2、對設(shè)計(jì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的操作順序:a、開機(jī)7 插入磁盤7 進(jìn)入DOS狀態(tài)7 顯示A f 鍵入“ BASIC ” 宀鍵入“ LOAD A10 ”（文件名）7鍵入“ LIST75-76 ”7將76句的所有數(shù)據(jù)改為手算時(shí)的對應(yīng)值（上機(jī)前完成；“，”不改?。?改完后，按“回車”鍵確定！（否 則數(shù)據(jù)沒改?。゜、按“ RUN”鍵 7計(jì)算機(jī)將顯示算出的電磁鐵結(jié)構(gòu)尺寸 7 結(jié)果判定存盤（見結(jié)果判定原則）？如不合理，修改有關(guān)參數(shù)，再運(yùn)算，直至合格（SAVE ”文件名）；C、將設(shè)計(jì)點(diǎn)的氣隙值輸入7結(jié)果判定（見結(jié)果判定原則）？如不合理,修改有關(guān)參數(shù)，再運(yùn)算，

18、直至合格;d、判定合格后，再按照氣隙值由大到小的順序輸入其他點(diǎn)的氣隙值，并對結(jié)果進(jìn)行分析7如不合格，修改有關(guān)參數(shù)，再運(yùn)算，直至所有氣隙的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù) 合格;e、先代入設(shè)計(jì)點(diǎn)的“ FL”值，算出m1、m2和m,再代入包括設(shè)計(jì)點(diǎn)在內(nèi)的所有“ FL”中的最大值，算出 m1、m2和mF 7存盤（SAVE文件名）；f、打印結(jié)果（打印前，先在本機(jī)上插入“ 467 LPRINT “FL二”：FL”，并將第220、250、385、430、445、469、480句前加字母“ L” 再到連有打印機(jī)的計(jì)算機(jī)上添上“LList 75-76 ”按回車，即可將75和76句打印出來；再敲入“ RUN”打印機(jī)將打印出電磁鐵的結(jié)果

19、尺寸等參數(shù)）g、按照氣隙的大小分別將氣隙值輸入計(jì)算機(jī)中,打印機(jī)將打印出相應(yīng)的值;最后，輸入二次“ FL”值（第一次輸入設(shè)計(jì)點(diǎn)的值），計(jì)算機(jī)將打印出m1、m2、m 和 mF。結(jié)果判定原則:（1）吸力和反力配合良好（5 a、右b處：F Ko X Ff ; c、5 d 處:F Ff ; e 處：KoX Ff F 2X Ff e );P1要求要小：而P （二Yp /）不要太大，在1.4以內(nèi);m 和 mF 要較?。篎f = 12 N : m 20;Ff = 55 N : m 15 ;(8)Qt = 0.4 或 0.6 : m 1.5 ;H/也=48，即 HI / BI = 4 8,最好是a e 10 mm ，即 10 mm ;心 70 C，即 Ti 10 mm，即 B I 10 mm ;Qt = 1A C1 = 0.5 - 1 mm，即 L1 大些好 二 1 - 2 mm ;即 L2 = 0 - 10 mm，大些好；C3 5 mm ,即 L3 5 mm，大些好;也 C4 = 0