電磁鐵是什么?專業電氣學姐帶你全方位解讀(二十七)

2020-04-21 10:55 更新 肖菲 瀏覽:108人次 微信二維碼

上兩次的學習內容都是講的交流鐵心線圈,那么,電磁鐵與交流鐵心線圈有著怎么樣的異同之處呢?它在實際中的應用又有哪些呢?接下來,我將為大家一一揭曉?,F在,歡迎大家閱讀《電工基礎》學習分享系列之“電磁鐵”篇。


電磁鐵是什么?簡單來說,就是一個帶有鐵心的螺線管,它是利用通電的鐵心線圈吸引銜鐵或保持某種機械零件、工件于固定位置的一種電器。當電源斷開時電磁鐵的磁性消失,銜鐵或其他零件即被釋放。電磁鐵銜鐵的動作可使其他機械裝置發生聯動。


27-1


如上圖27-1所示,理想情況下,電磁鐵在沒有通電的情況下是沒有磁性的,一旦通電后就會帶有磁性,再次斷電后磁性也會隨之消失。實際上斷電時電磁鐵的磁性并不是消失得一干二凈,而是或多或少會有一點剩磁的存在,只不過是把該剩磁給忽略掉了。


電磁鐵的基本結構是由線圈、鐵心及銜鐵三部分組成,常見的結構如下圖27-2所示。


27-2


通電線圈激發磁場,使得磁通在鐵心與銜鐵之間構成磁路。銜鐵為可活動部分,當電磁鐵通電時鐵心帶有磁性,從而吸引銜鐵與鐵心貼合。在這里順便帶大家回顧一下,我們之前也學習過,如果氣隙中有異物卡住,電磁鐵長時間吸不上,線圈中的電流一直很大,將會導致過熱,把線圈燒壞。


既然電磁鐵磁性存在的根本在于是否有勵磁電流的存在,那么,顯然電磁鐵也可以根據使用的電源類型進行分類,即用直流電源勵磁的電磁鐵稱為直流電磁鐵;用交流電源勵磁的電磁鐵稱為交流電磁鐵。


不管是直流電磁鐵亦或是交流電磁鐵,它們的工作原理都是一樣的。即在通電螺線管內部插入鐵心,鐵被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵也變成了一個磁體,由于兩個磁場互相疊加,從而使螺線管的磁性大大增強。


為了使電磁鐵的磁性更強,鐵心通常被制成蹄形。但要注意的一點是蹄形鐵線圈的繞向相反,一邊順時針,另一邊必須逆時針。因為如果線圈的繞向相同,兩線圈對鐵的磁化作用將相互抵消,使鐵不顯磁性。


那么,影響電磁鐵磁性強弱的因素又有哪些呢?根據它的工作原理,鐵心的存在顯然可以大大增強電磁鐵的磁性,除了鐵心存在與否外,還有沒有其他的影響因素呢?其實影響電磁鐵磁性強弱的因素有很大,例如鐵心的材料、電流的大小、線圈匝數的多少等等。不難證明,電磁線圈匝數越多,通過線圈的電流越大,線圈的磁性越強,插入鐵心后,線圈的磁性更是大大增強。根據磁路歐姆定律IN=φRm,當磁路磁阻不變時,不管是電流的增大或者是線圈匝數的增多,都會使磁通增大,即使電磁鐵的磁性增強;另外,當線圈匝數和通過線圈的電流不變時,鐵心材料的磁阻越小,磁通也是越大。


電磁鐵在我們的日常生活中有著極其廣泛的應用,例如電磁起重機、電磁繼電器、電話和電鈴等。


27-3


我們以電磁繼電器為例簡單講一下電磁鐵的應用。圖27-3為電磁繼電器的結構與它的一些控制作用圖。電磁繼電器是由電磁鐵(包括銜鐵)、觸點和彈簧組成,其中電磁鐵通電與否可以控制觸點的閉合與斷開,例如當電磁繼電器外接電源,并與電機電路相連接,當電源側閉合,電流流過繼電器內部的線圈,使得電磁鐵帶有磁性,銜鐵被吸合,觸點閉合,電機回路被接通。


對電磁鐵有了一定的了解后,大家有沒有想過,電磁鐵的吸力是不是可以無限增大的?其實,電磁鐵的吸力,是可以通過公式進行計算的。


電磁鐵吸力的大小與氣隙的截面積S0及氣隙中的磁感應強度B0的平方成正比,其基本公式如圖27-4所示,不難發現,一旦電磁鐵的結構確定,氣隙截面S0通常也是不變的,而氣隙中磁感應強度B0是可變的。


27-4


直流電磁鐵的吸力依據上述的基本公式直接求取。因為通電線圈的電流不變,所以氣隙中磁感應強度B0也不變,把已知條件直接代入電磁鐵吸力的基本公式即可求出吸力的大小。但是在交流電路中,電流是交變的,即此時交流電磁鐵中的磁場也是交變的,那么在交流電路中的電磁鐵吸力計算又是怎樣的呢?


27-5


如上圖27-5所示為交流電磁鐵吸力的計算過程,由交流電磁鐵的電源為正弦交流電,此時可設磁感應強度為B0=Bmsinωt,其中Bm是磁感應強度最大值。把B0=Bmsinωt代入吸力基本公式,結果如圖所示,其中的積分計算較為復雜,在此不做詳解,大家只需記得計算結果即可。瞬時吸力與其平均值(有效值)的計算結果如圖27-5所示。根據瞬時吸力的公式可以發現,吸力的變化頻率(2ω)為正弦交流電源變化頻率(ω)的2倍,且其值總是大于等于零,即電磁鐵吸力方向恒定不變,其波形圖如圖所示。


綜上所述,交流電磁鐵的吸力在零與最大值之間脈動。銜鐵以兩倍電源頻率在顫動,引起噪聲,同時觸點容易損壞。為了消除這種現象,一般在磁極的部分端面上套一個磁環(或稱短路環),即把磁極端面分為兩部分,一部分有磁環,一部分沒有磁環。


27-6


如圖27-6所示,工作時,電磁鐵中有交變磁通φ1穿過短路環,在短路環中產生感應電流,根據楞次定律,該感應電流會阻礙磁通的變化。磁通φ2還是與原磁通一致,根據電磁感應定律,磁通φ1在相位上落后于磁通φ2,即在磁極端面兩部分的磁通φ1φ2之間存在相位差,由φ1、φ2產生的吸力F1、F2不同時為零,此時作用在銜鐵上的力是F1 F2也不為零,實現消除振動和噪聲。


電磁鐵的應用這么廣泛,對它的了解越深入,想必不管是在生活中還是工作上,都會給我們帶來一定的益處。而且學無止境,對于知識量的擴充,那當然是多多益善啦。



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