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設計一款電磁鐵注意事項

設計一款電磁鐵從基礎理論開始,到選擇材質,應用場景,電磁鐵運作模式不同分析進行基礎設定電磁鐵。

電壓 – 電壓源決定適當的電磁鐵中需使用的線圈繞組。  常見直流電源的額定電壓為 6、12、24、36 和 48 VDC。  交流與直流電磁鐵 – 家用器具中最常使用交流電磁鐵。

交流電磁鐵需要的驟增功率通常是同等直流電磁鐵的兩倍。 因此,現在越來越多的應用選用直流電磁鐵。

電流/功率 – 直流電磁鐵所產生的力與線圈繞組的匝數 (N) 和電流 (I) 乘積的平方成正比。  這就確定了安培匝數 NI。 電磁鐵線圈要求必須與電源相匹配。

負載循環頻率 – 應用的負載循環是“開啟時間”與一個完整循環的總時間(開啟時間加上關閉時間)的比值。  負載循環通常表示為百分數或分數(50%、100% 等)。 負載循環更簡化的表述是稱小于 100% 負載循環的電磁鐵為“間歇式”,稱等于 100% 負載循環的電磁鐵為“連續式”。  所有間歇負載電磁鐵(小于 100% 負載循環)還必須有一個最大允許的“開啟時間”,以免過熱導致線圈燒壞。  “開啟時間”不得超過線圈的功率耗散限制。 適當的熱吸收和/或附加冷卻措施能夠提高熱耗散,從而允許更廣的負載循環范圍。  必須格外注意所提供的最大“開啟時間”數據和負載循環計算,以免損壞電磁鐵。  例如,開啟時間為 1 小時、關閉時間為 3 小時的應用,其計算所得的負載循環為 25%,但這并不現實。同樣為 25% 負載循環,但更現實的電磁鐵應用可能是開啟時間為 1 秒、關閉時間為 3 秒。

溫度 – 必須考慮電磁鐵所處環境的溫度和工作時電磁鐵自身的發熱。  線圈電阻隨溫度變化而變化,這會影響力輸出。  自身加熱溫度由負載循環決定。  20o C 以上時,溫度每增加 1?,額定電阻便增加 0.39%,從而會減少力或扭矩的輸出。  有多種方法可以補償溫度限制:

1.指定 C 級線圈

2.指定外模成型線圈

3.使用 E 型旋轉電磁鐵,而不使用 S 型

4.以某一功率水平致動,然后降低保持功率水平(拾取后保持)

5.使用保持電磁鐵

6.使用多繞組電磁鐵

7.間歇而非連續工作

8.使用更大的電磁鐵

9.使用散熱片

10.增加冷卻風扇 

電磁鐵工作溫度的限制因素是所用磁導線的絕緣材料。絕緣等級:

1.B 級 - 130o C

2.F 級 - 155o C

3.H 級 - 180o C

4.C 級 - 220o C 

典型的電磁鐵保持通電狀態需要 10% 的正常電流.為此,可使用下列方法之一:

1.電阻器機械保持

2.電容器放電和電阻器保持

3.電路晶體管化保持

4.脈沖寬度調制

5.拾取后保持  

6.雙電壓

7.多線圈 

工作時間/速度 – 影響時間和速度的因素包括負載質量、可用功率(瓦特)和行程。  斷電也有重要作用;斷電受氣隙、線圈抑制、滑桿或電樞回位機制及殘余磁力的影響。

氣隙是指磁路中允許電樞無干擾移動且允許磁通量以最小阻力(磁阻)流通的空間。 氣隙越小,激勵線圈產生的磁場減弱所花的時間也越長。這導致較長的斷電時間。

為了確保切換元件的安全,有必要使用電子保護元件來減少線圈電流中斷所導致的尖峰脈沖。 線圈抑制往往會增加電磁鐵的斷電時間。

由于電磁鐵僅在一個方向上有作用力,因此必須有某種回復力(如重力或彈簧)將電磁鐵帶回起始位置(斷電位置)。 這樣電磁鐵就準備好進行下一次操作,也可以通過設備機構帶動鐵芯復位。

通電后,電磁鐵的兩個氣隙表面就成為磁體的南極和北極。 電磁鐵關閉后,磁極之間仍然存在很小但可測量的磁吸引力,稱為殘余磁力。 對電磁鐵部件進行超高溫退火處理或者增加氣隙大小可減弱殘余磁力。

環境 – 選擇電磁鐵,必須注意許多環境因素。  這包括溫度、沙塵、濕度、震動、擺動、高度、真空、化學品和紙灰。

電磁鐵使用壽命 – 由下列因素決定/優化:

  1. 滑桿表面處理

  2. 防止磁極撞在一起

  3. 減少通電時的沖擊震動 

電磁鐵預期使用壽命范圍是從五萬次循環到一億次以上循環。

定制電磁鐵 - 所用電磁鐵中 80% 屬于定制設計。  典型修改包括終端、引線、滑桿構造、軸延長、安裝變化和聯接。

應用提示 -要延長使用壽命,請嘗試下列方法:

  1. 在低型電磁鐵設計中使用 vespel 或含油軸承

  2. 使用雙環軸承,或者使用軸中的凹槽來儲存潤滑劑

  3. 使用玻璃填充或碳填充尼龍聯結器 

要提高保持力,請嘗試下列方法:

  1. 使用平頭磁極

  2. 使用保持電磁鐵 

要確定線圈穩定后的溫度,請按照以下步驟順序操作:

  1. 測量室溫時的線圈電阻

  2. 測量穩定溫度時的電流,并使用歐姆定律確定線圈電阻

  3. 將此電阻除以室溫時的電阻,得到電阻系數

  4. 使用電阻系數圖,讀出電磁鐵線圈穩定后的溫度。

要補償溫升,請嘗試下列方法:

  1. 將電磁鐵安裝在金屬表面上(散熱。注意:不要形成封閉磁路)

  2. 使用冷卻風扇

  3. 使用更大的電磁鐵

  4. 以小于 100% 的負載循環工作

  5. 考慮采用更高的絕緣等級

  6. 使用具有多重繞組的電磁鐵 

本文出自東莞博順實業有限公司:如需電磁鐵,了解設計方案和設計圖紙,可以在線咨詢推薦選型,款式模具多達四千種類以上.

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