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1、第四节电磁铁 第四节 电磁铁 电磁铁是利用通电的铁心线圈所产生的强磁场来吸引铁磁物质动作的电器。它广泛地应用在继电器、接触器及自动装置中。电磁铁由励磁线圈、铁心和衔铁组成，其结构如图3-17所示。工作时，电流通入励磁线圈产生磁场，使铁心和衔铁都被磁化，衔铁受到电磁力的作用与铁心吸合，而电磁铁的衔铁可带动其他机械零件或触点动作，实现各种控制和保护。断电时，磁场消失，衔铁在弹性力的作用下释放。 当衔铁为被加工的工件时，则起到固定工件位置的作用，如磨床中常用的电磁吸盘。因此电磁铁在生产上的应用非常广泛。 根据电磁铁线圈中所通过的电流不同，可分直流电磁铁和交流电磁铁两大类。 一、 直流电磁铁 1、直流
2、电磁铁的吸力 直流电磁铁的励磁电流是直流。可以证明，直流电磁铁的衔铁所受吸力为 式中B0空气隙的磁感应强度； S空气隙磁场的截面积； F电磁铁的吸力。 2、直流电磁铁特点 直流电磁铁采用直流电流励磁，铁心中的磁通恒定，没有感应电动势产生，因而线圈的励磁电流由电源电压和线圈内阻决定。如果电源电压和线圈内阻不变，则励磁电流不变，所以磁动势NI也不变。因此直流电磁铁具有以下特点： 线圈中的直流励磁电流只取决于电源电压和线圈电阻，是不变的。 直流电磁铁在衔铁吸合过程中气隙是逐渐变小的，磁路中磁阻也逐渐变小。 根据磁路欧姆定律可知，励磁电流不变时，磁通与磁阻成反比，在衔铁吸合过程中磁通逐渐变大，由此说明
3、直流电磁铁的吸力F的大小与衔铁所处空间位置有关，电磁铁在起动时的吸力，要比工作时的吸力小很多。 二、交流电磁铁 当交流电磁铁的铁心线圈通入正弦交流电时，铁心中便产生交变磁通，线圈的端电压和铁心中磁通有以下关系 式中f外加励磁交流电的频率； N铁心线圈的匝数； m铁心中磁通的最大值； U外加电源电压的有效值。 从式中我们可看到，当电源频率和线圈匝数一定时，铁心中磁通的最大值与电源电压的有效值成正比。当电压有效值不变时，铁心中磁通的最大值亦保持恒定不变，与磁路无关。 1、交流电磁铁的吸力 交流电磁铁是用交流电励磁的，气隙中的磁感应强度随时间而变化，所以交流电磁铁的吸力也要随时间而变化。一般计算时，
4、只考虑其平均值，其计算公式为 式中Bm气隙磁感应强度最大值； S空气隙磁场的截面积； Fav电磁铁的平均吸力。 2、短路环 由以上分析可知，交流电磁铁的吸力随时间在零与最大值之间变化，因而衔铁要发生振动而引起噪声。 在铁心的端面上嵌装一个叫做短路环的闭合铜环可以有效地消除这种噪声，如图3-8所示。短路环将原来铁心中的磁通分成1和2两部分，2穿过短路环，在短路环中产生感应电流，感应电流阻碍2的变化，使磁通使1和2产生相位差。这样一来，穿过空气隙的磁通就不会同时为零，吸力也就不会中断，从而减弱了衔铁的振动，降低了噪声。 (培训教材(中)图2-11) 3交流电磁铁的特点 1）在衔铁吸合过程中,交流电
5、磁铁吸力F的大小基本不变。交流电磁铁磁路中，磁通与磁路选用的材料、空气隙的大小没有关系，只由交流电压的大小和频率决定。 2）交流电磁铁的励磁电流在吸合前后将有很大的变化。 交流电磁铁吸合前后的空气隙不同，引起磁阻不同。交流电磁铁在起动时的电流，要比工作时的电流大很多。 由实验可知，U形电磁铁衔铁打开时的励磁电流是吸合后的10-15倍。而线圈的允许电流值是按衔铁吸合后的电流值设计的，所以如果线圈得电而衔铁由于种种原因不能吸合或频繁操作时，线圈易过热甚至烧坏，这也是交流电磁铁比直流电磁铁容易烧坏的原因之一。 交流电磁铁铁心中交变的磁通会产生涡流和磁滞损耗，为了减小铁心损耗，交流电磁铁的铁心是由硅钢
6、片叠成的。 三、电磁铁在汽车中的应用 利用电磁铁磁性强、控制方便等特点，可制成许多控制部件或执行部件应用到汽车上，因此电磁铁在汽车电器设备中广泛应用。如电磁铁常用于各种继电器、电磁阀等设备。它可以控制电路的接通与关断或流量的有无，相当于一个开关元件。下面分别介绍两个应用实例汽车电控燃油喷射系统中的喷油器和电喇叭电路。 1、汽车电控燃油喷射系统中的喷油器 如图3-19所示，汽车电控燃油喷射系统中的喷油器，其中电磁铁中的衔铁与针阀是一体，喷油器就是采用电磁铁的电磁吸力来打开或关闭燃油计柱塞，从而控制喷油器的喷油量。当发动机ECU发出喷油信号，电磁线圈通电后，产生电磁吸力，吸引衔铁沿着轴向向右移动，
7、并带动针阀克服弹簧弹力离开阀座，燃油即开始喷射。当发动机ECU发出停止喷油指令时，切断喷油器电磁线圈的搭铁回路，电磁吸力消失，在弹簧弹力作用下针阀关闭，喷射停止。 2、电喇叭 汽车电喇叭按外形不同可分为螺旋形、筒形和盆形等，目前国产汽车使用的多为螺旋形和盆形喇叭。两种电喇叭结构和工作原理基本相同，都是利用电磁原理使得喇叭膜片振动，从而发出警报声音。 图3-20为筒形、螺旋形喇叭构造图。当按下按钮19时，电流路径为蓄电池正极-线圈9-触点臂14、15-按钮19-搭铁-蓄电池负极。当电流通过线圈9时，产生电磁吸力，吸下衔铁8，中心杆上的调整螺母11压下活动触点臂15，使触点分开而切断电路此时，线圈9电流中断，电磁吸力消失，在弹簧片7和膜片3的弹力作用下，衔铁又返回原位，触点闭合，电路又接通。电喇叭利用衔铁触点控制电磁铁电路的通断，使电磁铁不断吸合和断开，产生振荡，发出报警声。这个过程每秒钟重复数次，从而使得钢膜片发生振动。当膜片振动时，喇叭内的空气也将产生振动，从而产生报警声音。
