1、低壓電器課程設計直流接觸器電磁鐵設計編著2014年 12月8日 8 第一部分手工計算一、計算反力特性（一）、計算工作氣隙值:1、銜鐵打開（即主觸頭打開，稱 a點）位置的工作氣隙b a =（ P 1+丫1）X Kg 12、動斷輔助（橋式）觸頭斷開（稱b點）時的工作氣隙 b：6 b = 6 aY2 X Kg 23、主觸頭剛接觸（閉合，稱c點）時的工作氣隙值5 c：4、動合輔助觸頭剛接觸（閉合，稱d點）時的工作氣隙5、銜鐵完全閉合位置（稱e點）時的工作氣隙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實質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點至y e點。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）時的折算反力 Ff 2特性曲線Ff 2實質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、動合輔助觸頭折算反力Ff 3特性曲線Ff 3實質是將所有動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點到e點。Ff 3d = 6= 6e :F f 3e =n2 X F20Kg2n2 X F2ZKg 24、動斷輔助觸頭折算反力 Ff 4反力特性曲線Ff 4實質是將所有動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”反力，其特性曲線是一條直線,從a點至y b點。 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:主觸頭斷開時的反力合力;Ff e :銜鐵閉合后的反力合力;Ff b:動斷輔助觸頭斷開后的反力合力;Fb:動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:動合輔助觸頭接觸后的反力合力;Fd :動合輔助觸頭接觸前的反力合力;（三）、確定設計點、并計算設計點吸力 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即為設計點，此點的氣隙值即為設計 點的氣隙值;2、Fo = Ko沢Ff 0 （式中Ko :安全系數；查電器原理與產品，按“接觸器”選擇）；3、在本紙（說明書）大小的坐標紙上，畫出吸力-反力特性曲線。（四）、選擇電磁鐵的結構形式1、計算結構因數K j :注意：Fo的單位是N;柱0的單位是cm;2、查低壓電器,確定電磁鐵的結構形式。（五）、初步設計:1、求 r c:電磁鐵的極靴結構示意圖如圖1.3所示。如 FoXo-7r c = P 畑JcJn (1)2 hp 3 廠(P)，其中極靴系數P =rp，同時 hp3mm;r c圖1.3電磁鐵

6、的極靴結構示意圖2、計算電壓下限的磁勢（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 :磁感應強度，查電器原理與產品：當 0 = 5 a時，系數Ki = 1.2 1.55，且盡量取大；0 = 6c時，系數Ki = 1.5 - 2.5;額定電壓的磁勢IN :UnX IN = ( IN)111U下限3、計算線圈的高度h及厚度也:Qt。h及A接線圈內外表面散熱系數不同計算；如為反復短時工作制時要乘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）（單位：C）其中，線圈厚度比值系數

7、n=0.54、按電壓線圈計算導線的線徑d和導線匝數N:（0導線的線徑d：件卩100廠(C+ rjyiN)d = Un其中，e = r c +也C1 ；然后根據計算結果，比較標準線徑值，進行圓整（最接近的值）；附“標準線徑”：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)導線匝數N :其中，d要取標準線徑:5、計算電磁鐵的其他結構尺寸:線圈內徑Dc1和外徑De 2：DC1 =De 2其中，心C1：鐵芯與線圈內徑的

8、空隙（作用時保護線圈內層絕緣及出入靈活），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電磁鐵的鐵心結構示意圖6、參考電器原理與產品，在說明書上按比例畫一個直流接觸器電磁鐵的結構草圖（一個主視圖，一個左視圖，含六角螺釘）（六）、電磁鐵的性能驗算:1、驗算線圈電阻及磁勢:、線圈冷電阻R20C ：R20C式中，d為標

10、準線徑;器學。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查電器原理與產品、電壓下限時的磁勢（IN）1 （由于取的標準線徑，故此值與計算結果可能不同)：u下限X N(IN)1 = R110C N(N :匝數)、額定電壓下的磁勢IN :IN = (IN)iUnX U下限2、驗算線圈溫升:、計算線圈功率P ：Un2P = Riioc、計算線圈穩定溫升px QtKN A其中，A :散熱面積，A二兀漢(Dcix KP + Dc2)咒h，而KP值查電器原理與產品；Kt :線圈表面

11、綜合散熱系數。溫升合格判定：工W允許溫升，溫升合格；否則，需重算!3、計算氣隙磁導:當設計的氣隙為a點或c點時，故需要用分割磁場法計算設計點6。的氣隙磁導，具體參看電器學，式中的m二3。、工作氣隙磁導的計算:、圓柱體公式，先計算&，再計算衣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，當有極靴時，r二r p ;當無極靴時，r二rc。（2）、棱角氣隙磁導幾a （由于棱角表面有鍍層而產生），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 、非工作氣隙磁導幾h1和A h2 :(1)極靴與鐵芯之間的非工作氣隙磁導 幾h1 :24 ox 兀 X rc幾h1 =其中，6 h1二也h + 2x5鍍層+抵不平因鍍層產生的鐵芯與鐵軛之間的非工作氣隙磁導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 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、極靴單位長度漏磁導 5：20LnC p )p圖1.8電

13、磁鐵的局部磁路圖 、等效漏磁導J :5d =*-c Lc +Ap hp4、磁路計算：已知（IN）1,求工作氣隙*6 :0、計算漏磁系數bX 仏=+)1d a 丿幾M X k6 a其中，A a：校角氣隙磁導:計算*6的零次近似值(IN)1b R+Ra取五個工作氣隙磁通：(1)0怙蘭怙蘭怙2蘭怙3蘭怙蘭怯蘭怯當 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 )導磁體截面積(m2 )磁通密度(T )磁場 強度(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品相同;(2)此表中所有的“ H X L”稱為導磁體的磁壓降。Um + Uh =藝(H X L)中送Um = H X L(3)求 H

15、i (i = 1 - 7):由B值，查給出導磁材料磁化曲線，找出對應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紙畫出:作局部磁化曲線* 6 = f (Um + Uh),如圖 1.9 所示;在橫坐標軸上取Ob = (IN)1 ；在縱坐標軸上取* 50 ；過* 60及b點作直線與局部磁化曲線相交于 a點，則其縱坐標* 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、計算電磁鐵的銅重、鐵重及經濟重量:(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 )、電磁鐵的經濟重量:、由吸力計算出來的經濟重量 m :mm2m =1oa6 0、由反力計算出來的經濟重量mF :mF o.9%Ff 沢右0第二部分計算機優化設計準備:筆；優盤一個；打印紙一至三張；筆記；手算草稿及白紙；電器學教材;學生證；要求對號入座!計算機優化設計:1、將設

17、計步驟用BASIC語言編寫出來的程序見附錄一所示。2、對設計點的數據進行優化設計的操作順序:a、開機7 插入磁盤7 進入DOS狀態7 顯示A f 鍵入“ BASIC ” 宀鍵入“ LOAD A10 ”（文件名）7鍵入“ LIST75-76 ”7將76句的所有數據改為手算時的對應值（上機前完成；“，”不改！）7改完后，按“回車”鍵確定！（否 則數據沒改！）b、按“ RUN”鍵 7計算機將顯示算出的電磁鐵結構尺寸 7 結果判定存盤（見結果判定原則）？如不合理，修改有關參數，再運算，直至合格（SAVE ”文件名）；C、將設計點的氣隙值輸入7結果判定（見結果判定原則）？如不合理,修改有關參數，再運算，

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的氣隙值，并對結果進行分析7如不合格，修改有關參數，再運算，直至所有氣隙的設計數據 合格;e、先代入設計點的“ FL”值，算出m1、m2和m,再代入包括設計點在內的所有“ FL”中的最大值，算出 m1、m2和mF 7存盤（SAVE文件名）；f、打印結果（打印前，先在本機上插入“ 467 LPRINT “FL二”：FL”，并將第220、250、385、430、445、469、480句前加字母“ L” 再到連有打印機的計算機上添上“LList 75-76 ”按回車，即可將75和76句打印出來；再敲入“ RUN”打印機將打印出電磁鐵的結果

19、尺寸等參數）g、按照氣隙的大小分別將氣隙值輸入計算機中,打印機將打印出相應的值;最后，輸入二次“ FL”值（第一次輸入設計點的值），計算機將打印出m1、m2、m 和 mF。結果判定原則:（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;m 和 mF 要較小：Ff = 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