電磁鐵工作原理

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵(electromagnet)。我們通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失。電磁鐵在我們的日常生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，由于它的發(fā)明也使發(fā)電機的功率得到了很大的提高。您也可以在淘寶網(wǎng)首頁搜索“錦正茂科技”，就能看到我們的企業(yè)店鋪，聯(lián)系更加方便快速！

概述

當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個磁體，這樣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，通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線圈的繞向相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對鐵芯的磁化作用將相互抵消，使鐵芯不顯磁性。另外，電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做，而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后，將長期保持磁性而不能退磁，則其磁性的強弱就不能用電流的大小來控制，而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點。您也可以在淘寶網(wǎng)首頁搜索“錦正茂科技”，就能看到我們的企業(yè)店鋪，聯(lián)系更加方便快速！

電磁鐵是可以通電流來產(chǎn)生磁力的器件，屬非長久磁鐵，可以很容易地將其磁性啟動或是消除。例如:大型起重機利用電磁鐵將廢棄車輛抬起。

當(dāng)電流通過導(dǎo)線時，會在導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場。應(yīng)用這性質(zhì)，將電流通過螺線管時，則會在螺線管之內(nèi)制成均勻磁場。假設(shè)在螺線管的中心置入鐵磁性物質(zhì)，則此鐵磁性物質(zhì)會被磁化，而且會大大增強磁場。

一般而言，電磁鐵所產(chǎn)生的磁場與電流大小、線圈圈數(shù)及中心的鐵磁體有關(guān)。在設(shè)計電磁鐵時，會注重線圈的分布和鐵磁體的選擇，并利用電流大小來控制磁場。由于線圈的材料具有電阻，這限制了電磁鐵所能產(chǎn)生的磁場大小，但隨著超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，將有機會超越現(xiàn)有的限制。您也可以在淘寶網(wǎng)首頁搜索“錦正茂科技”，就能看到我們的企業(yè)店鋪，聯(lián)系更加方便快速！

電磁鐵工作原理

方向判斷

電磁鐵的磁場方向可以用安培定則來判斷。

安培定則是表示電流和電流激發(fā)磁場的磁感線方向間關(guān)系的定則，也叫右手螺旋定則。

(1)通電直導(dǎo)線中的安培定則(安培定則一):用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流方向，四指指向通電直導(dǎo)線周圍磁力線方向。

(2)通電螺線管中的安培定則(安培定則二):用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端是通電螺線管的N極。

優(yōu)點

電磁鐵有許多優(yōu)點:電磁鐵的磁性有無可以用通、斷電流控制;磁性的大小可以用電流的強弱或線圈的匝數(shù)多少來控制;也可通過改變電阻控制電流大小來控制磁性大小;它的磁極可以由改變電流的方向來控制，等等。即:磁性的強弱可以改變、磁性的有無可以控制、磁極的方向可以改變，磁性可因電流的消失而消失。

電磁鐵是電流磁效應(yīng)(電生磁)的一個應(yīng)用，與生活聯(lián)系緊密，如電磁繼電器、電磁起重機、磁懸浮列車、電子門鎖、智能通道匝、電磁流量計等。

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分類

電磁鐵可以分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩大類型。如果按照用途來劃分電磁鐵，主要可分成以下五種:(1)牽引電磁鐵──主要用來牽引機械裝置、開啟或關(guān)閉各種閥門，以執(zhí)行自動控制任務(wù)。(2)起重電磁鐵──用作起重裝置來吊運鋼錠、鋼材、鐵砂等鐵磁性材料。(3)制動電磁鐵──主要用于對電動機進行制動以達到準(zhǔn)確停車的目的。(4)自動電器的電磁系統(tǒng)──如電磁繼電器和接觸器的電磁系統(tǒng)、自動開關(guān)的電磁脫扣器及操作電磁鐵等。(5)其他用途的電磁鐵──如磨床的電磁吸盤以及電磁振動器等。

歷史

早在1820年春天，丹麥的奧斯特在一次偶然之中就發(fā)現(xiàn)了這一原理。1822年，法國物理學(xué)家阿拉戈和呂薩克才發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化。這實際上是電磁鐵原理的*初發(fā)現(xiàn)。1823年，斯特金也做了一次類似的實驗:他在一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒上繞了18圈銅裸線，當(dāng)銅線與伏打電池接通時，繞在U型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)生了密集的磁場，這樣就使U型鐵棒變成了一塊"電磁鐵"。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能放大多倍，它能吸起比它重20倍的鐵塊，而當(dāng)電源切斷后，U型鐵棒就什么鐵塊也吸不住，重新成為一根普通的鐵棒。

斯特金的電磁鐵發(fā)明，使人們看到了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的光明前景，這一發(fā)明很快在英國、美國以及西歐一些沿海國家傳播開來。

1829年，美國電學(xué)家亨利對斯特金電磁鐵裝置進行了一些革新，用磁電絕緣導(dǎo)線代替裸銅導(dǎo)線，因此不必擔(dān)心被銅導(dǎo)線過分靠近而短路。由于導(dǎo)線有了絕緣層，就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起，由于線圈越密集，產(chǎn)生的磁場就越強，這樣就大大提高了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的能力。到了1831年，亨利試制出了一塊更新的電磁鐵，雖然它的體積并不大，但它能吸起1噸重的鐵塊。

在奧斯特電流磁效應(yīng)實驗及其他一系列實驗的啟發(fā)下 ，安培認識到磁現(xiàn)象的本質(zhì)是電流 ，把涉及電流 、磁體的各種相互作用歸結(jié)為電流之間的相互作用，提出了尋找電流元相互作用規(guī)律的基本問題。為了克服孤立電流元無法直接測量的困難 ，安培精心設(shè)計了4個示零實驗并伴以縝密的理論分析，得出了結(jié)果。但由于安培對電磁作用持超距作用觀念，曾在理論分析中強加了兩電流元之間作用力沿連線的假設(shè)，期望遵守牛頓第三定律，使結(jié)論有誤。上述公式是拋棄錯誤的作用力沿連線的假設(shè)，經(jīng)修正后的結(jié)果。應(yīng)按近距作用觀點理解為，電流元產(chǎn)生磁場，磁場對其中的另一電流元施以作用力。[2]

電磁鐵工作原理

性質(zhì)

直線電流的安培定則對一小段直線電流也適用。環(huán)形電流可看成許多小段直線電流組成，對每一小段直線電流用直線電流的安培定則判定出環(huán)形電流中心軸線上磁感強度的方向。疊加起來就得到環(huán)形電流中心軸線上磁感線的方向。直線電流的安培定則是基本的，環(huán)形電流的安培定則可由直線電流的安培定則導(dǎo)出直線電流的安培定則對電荷作直線運動產(chǎn)生的磁場也適用，這時電流方向與正電荷運動方向相同，與負電荷運動方向相反。

電磁鐵的應(yīng)用

(1)起重機:為工業(yè)用的強力電磁鐵，通上大電流，可用以吊運鋼板、貨柜、廢鐵等。

(2)電話:下一節(jié)介紹。

(3)安培計、伏特計、檢流計

(4)電鈴等等。

(5)自動化控制設(shè)備

(6)工業(yè)自動化控制、辦公自動化。

(7)包裝機械、醫(yī)療器械、食品機械、紡織機械等。

(8)電磁繼電器

(9)磁懸浮列車

安培力

電流元I1dι 對相距γ12的另一電流元I2dι 的作用力df12為:

μ0 I1I2dι2 × (dι1 × γ12)

df12 = ── ───────────

4π γ123

式中dι1.dι2的方向都是電流的方向;γ12是從I1dι 指向I2dι 的徑矢。安培定律可分為兩部分。其一是電流元Idι(即上述I1dι )在γ(即上述γ12)處產(chǎn)生的磁場為

μ0 Idι × γ

dB = ── ─────

4π γ3

這是畢薩拉定律。其二是電流元Idl(即上述I2dι2)在磁場B中受到的作用力df(即上述df12)為:

df = Idι × B

電磁鐵工作原理

原理

1.圓形線圈通往電流形成的磁場

(1)線圈中心處的磁場方向可將線圈上某一小段導(dǎo)線視為直線，由安培右手定則判定之。

(2)通有電流的圓形線圈上每一小段電流所產(chǎn)生的磁場，在線圈內(nèi)都指向同一方向，故線圈內(nèi)的磁場較直導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場強度大。

(3)圓形導(dǎo)線通入電流時，線圈外的磁場因各小段電流產(chǎn)生磁場的方向不一致， 因此產(chǎn)生的合成磁場較圈內(nèi)磁場弱。

(4)圓形線圈的電流愈大，半徑愈小，則線圈中心處的磁場強度即愈大。

(5)圓形線圈和圓盤形薄磁鐵的磁力線形狀相似。

2.螺線形線圈電流的磁場

(1)用一條長導(dǎo)線繞成螺線形的長線圈，相當(dāng)于由很多個圓形線圈所串聯(lián)而成，每一圓形導(dǎo)線在中心處所建立的磁場均為同向，可以增強效應(yīng)，故線圈中心處的磁場較單匝圓形線圈為強。

(2)線圈內(nèi)部磁力線形成方向相同的直線，在線圈約兩端磁力線則漸彎曲向外。

(3)螺線形線圈的磁力線特性與棒形磁鐵的磁力線相似，線圈內(nèi)的磁力線與線圈外方向恰相反。

(4)線圈內(nèi)磁場的強度與線圈上的電流及單位長度內(nèi)線圈的圈數(shù)成正比。

3.螺線形線圈電流內(nèi)磁場方向的右手螺旋定則(安培定理):以右手掌握住線圈，四指指向電流方向，大拇指所指的方向即為線圈內(nèi)磁力線方向。

失磁原因

發(fā)電機長時間不用，導(dǎo)致出廠前含在鐵芯中的剩磁失去，勵磁線圈建立不起應(yīng)有的磁場，這時發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常但發(fā)不出電，此類現(xiàn)象新機?；蜷L期不用的機組較多。

處理方法:1)有勵磁按鈕的按一下勵磁按鈕，2)無勵磁按鈕的，用電瓶對其充磁，3)帶一個燈泡負荷，超速運轉(zhuǎn)幾秒鐘。

磁能來源

低軸阻發(fā)電機在原理設(shè)計上雖然只能將50%左右的負轉(zhuǎn)矩磁能轉(zhuǎn)化為正轉(zhuǎn)矩磁能，但是所產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)矩也足以去抵消負轉(zhuǎn)矩了(因為實際上是不可能將負轉(zhuǎn)矩磁能全部轉(zhuǎn)化為正轉(zhuǎn)矩磁能的)。

通過對常規(guī)發(fā)電機的構(gòu)造及工作原理進一步研究分析后，我們*終找到了突破口，既是在常規(guī)發(fā)電原理構(gòu)造的基礎(chǔ)上運用"能量緩存轉(zhuǎn)移法"來實現(xiàn)上述目的;也就是將部分固定方向的感應(yīng)電流進行暫存處理后，再在滯后的時間內(nèi)釋放，所釋放的能量不僅可以繼續(xù)輸出供給負載，而且在電樞續(xù)流繞組中所產(chǎn)生的附加磁能還可以對轉(zhuǎn)子做正功(產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩)。這就是低軸阻發(fā)電機正轉(zhuǎn)矩磁能的來源。

失磁危害

發(fā)電機失磁故障是指發(fā)電機的勵磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因有:轉(zhuǎn)子繞組故障、勵磁機故障、自動滅磁開關(guān)誤跳、半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。

由于異步運行，發(fā)電機的轉(zhuǎn)子機械轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速，由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差，定子繞組電流增大，轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流，引起定、轉(zhuǎn)子繞組的附加發(fā)熱。分析表明，發(fā)電機失磁后對電力系統(tǒng)及發(fā)電機本身都會造成程度不同的危害，歸納起來有以下幾方面。

對發(fā)電機本身的危害:

(1)發(fā)電機失磁后，定子端部漏磁增強，使端部的部件和端部鐵芯過熱。

(2)異步運行后，發(fā)電機的等效電抗降低，由 變?yōu)?。因而從系統(tǒng)中吸收的無功增加，使定子繞組過熱。

(3)發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)的差頻電流在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生額外損耗，引起轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱。

(4)對大型直接冷卻式汽輪發(fā)電機，平均異步轉(zhuǎn)矩的*大值較小，慣性常數(shù)也相對降低，轉(zhuǎn)子在縱橫軸方面明顯不對稱。由于這些原因，在重負荷下失磁發(fā)電機的轉(zhuǎn)矩和有功將發(fā)生劇烈擺動。這種影響對水輪發(fā)電機更為嚴重。

對電力系統(tǒng)的危害:

(1)發(fā)電機失磁后，由于有功功率擺動及系統(tǒng)電壓的降低，可能導(dǎo)致相鄰正常運行的發(fā)電機與系統(tǒng)之間失去同步，引起系統(tǒng)振蕩。

(2)發(fā)電機失磁造成系統(tǒng)中大量無功缺少，當(dāng)系統(tǒng)中無功儲備不足，將引起電壓下降。嚴重時引起電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解。

(3)一臺發(fā)電機失磁造成電壓下降，系統(tǒng)中的其他發(fā)電機在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用下，將增加其無功輸出。從而使某些發(fā)電機、變壓器、輸電線路過電流，后備保護可能因過流動作，擴大了故障范圍。

與長久磁鐵對比

長久磁鐵和電磁鐵均能制造得產(chǎn)生不同形式的磁場。在選擇磁路時，首先考慮的是你需要磁鐵做的工作。在用電不方便、經(jīng)常發(fā)生斷電或沒有必要調(diào)整磁力的場合下，長久磁鐵占優(yōu)勢。對于要求改變磁力或需要遙控的用途來說，電磁鐵是有益的。磁鐵只能以*初的預(yù)定方式加以使用，倘若把錯誤類型的磁鐵應(yīng)用到某個特殊用途，可能極其危險甚至是致命的。

許多加工操作在厚重的塊形材料上進行，這些用途需要長久磁鐵。許多機械工廠的用戶認為，這些磁鐵的*大優(yōu)點是不需要電氣連接。

長久磁鐵以330~10000磅升舉能力為特色，而且只須旋轉(zhuǎn)一個手柄就能接通或斷開磁路。磁鐵一般裝有**鎖，確保磁鐵不會在提升時意外斷開。磁鐵組可以用于比較重、而且單個磁鐵應(yīng)付不了的長載荷。

還有，在很多時候準(zhǔn)備加工的零件非常細(0.25英寸或更細)，而且要從一堆相似的零件中提取出來。長久磁鐵不適合于每次從一堆零件中只提一件的工作。長久磁鐵盡管在正確使用的情況下極其可靠，但是不能改變磁力大小。在這個方面，電磁鐵通過可變電壓控制裝置使操作者能夠控制磁場強度，并且能夠從堆碼的零件中選出一件。自含式電磁鐵是按單位升舉能力*劃算的磁鐵，其升舉能力可以延伸到10500磅。