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电磁铁什么意思(电磁铁是什么元件)

上两次的学习内容都是讲的交流铁心线圈,那么,电磁铁与交流铁心线圈有着怎么样的异同之处呢?它在实际中的应用又有哪些呢?

接下来,我将为大家一一揭晓。现在,欢迎大家阅读《#电工基础#》学习分享系列之“电磁铁”篇。

电磁铁是什么?

简单来说,就是一个带有铁心的螺线管,它是利用通电的铁心线圈吸引衔铁或保持某种机械零件、工件于固定位置的一种电器。当电源断开时电磁铁的磁性消失,衔铁或其他零件即被释放。电磁铁衔铁的动作可使其他机械装置发生联动。

电磁铁什么意思(电磁铁是什么元件)插图

▲图27-1

如上图27-1所示,理想情况下,电磁铁在没有通电的情况下是没有磁性的,一旦通电后就会带有磁性,再次断电后磁性也会随之消失。

实际上断电时电磁铁的磁性并不是消失得一干二净,而是或多或少会有一点剩磁的存在,只不过是把该剩磁给忽略掉了。

电磁铁的基本结构是由线圈、铁心及衔铁三部分组成,常见的结构如下图27-2所示。

电磁铁什么意思(电磁铁是什么元件)插图1

▲图27-2

通电线圈激发磁场,使得磁通在铁心与衔铁之间构成磁路。衔铁为可活动部分,当电磁铁通电时铁心带有磁性,从而吸引衔铁与铁心贴合。在这里顺便带大家回顾一下,我们之前也学习过,如果气隙中有异物卡住,电磁铁长时间吸不上,线圈中的电流一直很大,将会导致过热,把线圈烧坏。

既然电磁铁磁性存在的根本在于是否有励磁电流的存在,那么,显然电磁铁也可以根据使用的电源类型进行分类,即用直流电源励磁的电磁铁称为直流电磁铁;用交流电源励磁的电磁铁称为交流电磁铁

不管是直流电磁铁亦或是交流电磁铁,它们的工作原理都是一样的。即在通电螺线管内部插入铁心,铁心被通电螺线管的磁场磁化。磁化后的铁心也变成了一个磁体,又由于两个磁场互相叠加,从而使螺线管的磁性大大增强。

为了使电磁铁的磁性更强,铁心通常被制成蹄形。但要注意的一点是蹄形铁心上线圈的绕向要相反,一边顺时针,另一边必须逆时针。因为如果线圈的绕向相同,两线圈对铁心的磁化作用将相互抵消,使铁心不显磁性。

那么,影响电磁铁磁性强弱的因素又有哪些呢?根据它的工作原理,铁心的存在显然可以大大增强电磁铁的磁性,除了铁心存在与否外,还有没有其他的影响因素呢?其实影响电磁铁磁性强弱的因素有很大,例如铁心的材料、电流的大小、线圈匝数的多少等等。不难证明,电磁线圈匝数越多,通过线圈的电流越大,线圈的磁性越强,插入铁心后,线圈的磁性更是大大增强。根据磁路欧姆定律IN=φRm,当磁路磁阻不变时,不管是电流的增大或者是线圈匝数的增多,都会使磁通增大,即使电磁铁的磁性增强;另外,当线圈匝数和通过线圈的电流不变时,铁心材料的磁阻越小,磁通也是越大。

电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用,例如电磁起重机、电磁继电器、电话和电铃等。

电磁铁什么意思(电磁铁是什么元件)插图2

▲图27-3

我们以电磁继电器为例简单讲一下电磁铁的应用。图27-3为电磁继电器的结构与它的一些控制作用图。

电磁继电器是由电磁铁(包括衔铁)、触点和弹簧组成,其中电磁铁通电与否可以控制触点的闭合与断开,例如当电磁继电器外接电源,并与电机电路相连接,当电源侧闭合,电流流过继电器内部的线圈,使得电磁铁带有磁性,衔铁被吸合,触点闭合,电机回路被接通。

对电磁铁有了一定的了解后,大家有没有想过,电磁铁的吸力是不是可以无限增大的?

其实,电磁铁的吸力,是可以通过公式进行计算的。

电磁铁吸力的大小与气隙的截面积S0及气隙中的磁感应强度B0的平方成正比,其基本公式如图27-4所示,不难发现,一旦电磁铁的结构确定,气隙截面S0通常也是不变的,而气隙中磁感应强度B0是可变的。

电磁铁什么意思(电磁铁是什么元件)插图3

▲图27-4

直流电磁铁的吸力依据上述的基本公式直接求取。因为通电线圈的电流不变,所以气隙中磁感应强度B0也不变,把已知条件直接代入电磁铁吸力的基本公式即可求出吸力的大小。但是在交流电路中,电流是交变的,即此时交流电磁铁中的磁场也是交变的,那么在交流电路中的电磁铁吸力计算又是怎样的呢?

电磁铁什么意思(电磁铁是什么元件)插图4

▲图27-5

如上图27-5所示为交流电磁铁吸力的计算过程,由交流电磁铁的电源为正弦交流电,此时可设磁感应强度为B0=Bmsinωt,其中Bm是磁感应强度最大值。

B0=Bmsinωt代入吸力基本公式,结果如图所示,其中的积分计算较为复杂,在此不做详解,大家只需记得计算结果即可。瞬时吸力与其平均值(有效值)的计算结果如图27-5所示。

根据瞬时吸力的公式可以发现,吸力的变化频率(2ω)为正弦交流电源变化频率(ω)的2倍,且其值总是大于等于零,即电磁铁吸力方向恒定不变,其波形图如图所示。

综上所述,交流电磁铁的吸力在零与最大值之间脉动。衔铁以两倍电源频率在颤动,引起噪声,同时触点容易损坏。为了消除这种现象,一般在磁极的部分端面上套一个磁环(或称短路环),即把磁极端面分为两部分,一部分有磁环,一部分没有磁环。

电磁铁什么意思(电磁铁是什么元件)插图5

▲图27-6

如图27-6所示,工作时,电磁铁中有交变磁通φ1穿过短路环,在短路环中产生感应电流,根据楞次定律,该感应电流会阻碍磁通的变化。

磁通φ2还是与原磁通一致,根据电磁感应定律,磁通φ1在相位上落后于磁通φ2,即在磁极端面两部分的磁通φ1和φ2之间存在相位差,由φ1、φ2产生的吸力F1、F2不同时为零,此时作用在衔铁上的力是F1 F2也不为零,实现消除振动和噪声。

电磁铁的应用这么广泛,对它的了解越深入,想必不管是在生活中还是工作上,都会给我们带来一定的益处。而且学无止境,对于知识量的扩充,那当然是多多益善啦。(技成培训原创,作者:杨思慧,未经授权不得转载,违者必究!)

那么,这次的学习分享就到这里了,欢迎评论区留言并转发,下期精彩内容请关注@技成电工课堂!

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