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1、电磁铁的结构、参数和常见的故障现象Structure, Parameter and commonly trouble phenomenon of electromagnet连理枝杭州之江开关厂 浙江萧山 311234一、电磁铁的结构 在很多的低压电器产品中，如断路器、接触器、继电器、电磁铁等，都使用“电磁铁”这种元件。“电磁铁”（Electromagnet） 一般由铁心静铁心（主极铁心），动铁心（衔铁）、 线圈、分磁环（短路环,适用于交流电磁铁）、反作用力弹簧、磁轭等构成。“电磁铁”，按结构型式可分：拍合式，n形式，E形式，螺管式，转动式等，较多使 用的是拍合式、n形、E形；按电磁铁的励磁方式
2、可分直流和交流两大类；按其用途可分 电流线圈和电压线圈两种（断路器的短路保护瞬动电磁铁、液压式脱扣器的过载、短路保 护线圈、电流继电器线圈等为电流线圈；欠电压胶扣器、分励脱扣器、电压继电器等为电 压线圈）；按其工作制可分：八小时工作制，不间断工作制，断续周期工作制等。二、吸力与电磁铁各参数的关系电磁铁的吸力F二B2S（1）2卩0式（1）中，F吸力；B 磁通密度（电磁铁动、静铁心工作气隙的磁通密度）;S 铁心极面的截面积；真空中的导磁率。由于B （B=d/S）与IW或U （电压）等有关系，因此表现在直流电流或电压线圈上, 吸力与电磁铁的参数略有不同。直流电磁铁：F=6.4(IW)22F=3.2(
3、IW)22电流线圈：2） （拍合式）（3）（n形）电压线圈的F计算式与（2）、（3）同（因为U=IR, R= l丄，线圈电阻中长度l与W等S有关，最后仍可化为IW等式）。交流电磁铁：电流线圈(4)(n形)F=3.2 （I W）2 SJ电压线圈F=0.2（U X104 ）2S（最大，n形）（5）fW+空）2卩0F=0.1（U X104 ）2S（平均，n形）（6）fW（8 + 空）2卩0以上各式中：F电磁铁铁心极面上的吸力U线圈两端施加的电压I 励磁电流的最大值mW线圈的匝数S铁心极面的截面积8工作气隙l铁心的磁路长度g单位长度的漏磁导f交流电的频率不论是直流或交流，电压U或等于IR，或UjE2
4、+（IR，均可化出励磁电流来。从（1）（6）式可见：吸力F与IW或线圈两端的电压的平方成正比，与铁心的截面积S成正比，与静铁心、 动铁心（衔铁）间的工作气隙的平方成反比。IW和U是磁能源，当IW与U值不足时，磁通量中值（二BS）就小，这是因为IW=R,或U E=4.44fW。R为磁阻，如果磁阻值一定，值就与IW成正比了。 mm吸力 F 与电磁铁的工作气隙8的平方成反比，气隙大，吸力小。当8为一定时，电磁 铁整个吸合（释放）过程是，8从某一定值到8=0，或者从8=0到8为某定值（前者为吸 合，后者为释放）。工作气隙8决定在此气隙中的磁阻值，因为R二丄-。当铁心的尺寸 m 卩S0已定，S也成常数，
5、则8大，R大，要保持足够的磁通值，当W不变时，势必增大励磁m电流I。反过来，铁心已吸合，8=0，此时R最小，IW中，励磁电流I最小。倘使电磁铁m已闭合，由于 铁心极面不平，或有尘埃，甚至水蒸气附着于极面，电磁铁就处于未完全吸住，便有因抖动产生的噪音。对于要求极高的电磁式剩余电流保护装置的漏电脱扣器其 极面的平整度规定在1个口以下，极面上任何的灰尘、油迹或因密封不当，潮气吸入，都 可能使吸力减少，其根本原因是尘埃、油迹、水汽相当于一个小气隙6。反力弹簧是电磁铁的重要元件，有此弹簧，就能使吸力小于弹簧反力时释放，利用此 弹簧反力去打掉脱扣片（杆）或释放时，使动铁心一起带动触头（点）脱开与静触点的接
6、 触。反力弹簧不能过小，否则打不掉脱扣板；也不能太大，太大时徒然要增大吸力，通常 保持力 FB=F -F 应在 1/2F 左右，以保证在正常振动时不致引起电磁铁动作（跳开）。B 吸 反吸电磁铁在通电后发出不刺耳的嗡嗡声，这是交流电磁铁的正常交流声（硅钢片叠装后， 片中一定的涡流与相邻片涡流产生吸合或相斥的振动声，这是避免不了的）。如果交流声 超过正常，或因极面不平，引起铁心抖动而产生噪音是不允许的，原因有二，一是抖动会 加速电磁铁极面的磨损以致损坏，二是噪音会污染环境，令操作人员难以忍受。为此，接 触器等标准规定，在离有电磁铁机构的电器1米的地方，听到的噪音不大于60分贝（dB）, 要求高的是
7、相隔0.4米噪音不超过40分贝。三、交流电磁铁的分磁环50Hz的交流电，电流有100次过零点，此时电磁铁的吸力为零，处于释放状态。过零 后电流又上升，至某值，吸力F恢复，电磁铁吸合。电流再过零，又再恢复，电磁铁一吸 一放，就成了电铃。为了解决这个问题，就在交流电磁铁的极面上嵌一个铜质（非磁性物 质）的分磁环（又称短路环）。嵌入分磁环后，铁心极面就分成两部分，一部分被分磁环 包围，一部分不包围，通电时，通过分磁环包围极面的磁通滞后于未被包围极面磁通1一个角度，它们各自形成的吸力F和F不同，F和F的合力铁心极面的总吸力，不 2 1 2 1 2会在电流过零时等于零，而是在某一最大值与最小值之间周期性
8、地变化。只要做到最小的 吸力大于弹簧的反作用力，就可以消除铁心的抖动（振动）。四、电磁铁铁心用材料1 对于短时工作的电磁铁，如分励脱扣器，断路器的瞬动电磁铁等，因不考虑磁滞 按耗，其铁心可采用低碳钢（如Q235-A）等材料。2 直流电磁铁，因直流无磁滞损耗（但仍有涡流），铁心本身损耗小，故可用圆柱形 碳钢或电工纯铁棒（用这种材料加工也容易）。3 交流电磁铁由于磁导体（铁心）在交流励磁下有铁损（磁滞损耗）和铜损（涡流 损耗），加上它们往往是八小时工作制，甚至是不间断工作制（如欠电压脱扣器）或断续 周期工作制（如接触器），运行中损耗大，因此铁心材料采用硅钢片叠装（片间绝缘）。4 要求体积小，精度高
9、的铁心（如某些小体积断路器的欠电压脱扣器，剩余电流动 作断路器的电磁式漏电脱扣器等），应采用剩磁小，矫顽力小，磁滞回路面积小的铁镍软磁合金（坡莫合金）来制作。五、电磁铁常见的故障现象 电磁铁常见的故障现象如下表所示序号故障现象产生原因处理办法1通电后不 吸合a. 线圈的供电线路断线；b. 线圈本身断线；C.线圈的额定工作电压比控制 电源电压咼（即电源电压低）； d.衔铁被卡。a. 检查线路，查出断开点，重新接 好线路；b. 更换线圈；C.换上合适的线圈；d.调整互相卡住的零部件，消除它 们之间过大的摩擦力。2线圈过热 或烧毁a. 电源电压过咼或过低；b. 操作频率太高；C.分励脱扣器未装防烧微
10、动开 关，通电时间超过1秒钟；d. 电磁铁极面不平，气隙过大；e. 衔铁卡死。a. 调整电源电压；b. 此种情况较多发生于接触器，可 选择适合的接触器；C.选择带有防烧开关的分励脱扣器 或操作人员注意按下按钮的时间 不超过1秒钟；d. 换铁心；e. 修理，调整相关零件位置，消除 过大摩擦力。3电磁铁断 电不释放 或释放缓 慢a. 反力弹簧损坏；b. 反力弹簧反力过小；C.机械可动部分被卡；d. 铁心极面有油污或尘埃粘着；e. E形铁心因摩损，去磁气隙消 失，剩磁增大。a. 调换弹簧；b. 换弹簧；C.修理，调整相关零部件，消除过 大摩擦力；d.清洗极面，对粘性油（如凡士林） 用清洗液揩净；e更换铁心。4交流电磁铁噪音大a. 电源电压过低；b. 铁心极面不平，歪斜，无法吸 平；C.极面有油污或异物；d. 分磁环断裂；e. 铁心摩损过度。a. 调整电压，使之符合要求；b. 换铁心；C.清洁极面；d. 调换铁心或分磁环；e. 更换铁心。
