交流电磁铁的工作原理与应用

交流电磁铁与直流电磁铁在原理上并无区别，只是交流电磁铁的励磁线圈上加的是交流电压，电磁铁中的磁场是交变的。设电磁铁中磁感应强度B按正弦规律变化，即

代入式（6-17），得电磁吸力的瞬时值为

由式（6-18）可得，瞬时吸力的最大值是，最小值为零，交流电磁铁吸力的方向一定，不会出现反方向的吸力。

瞬时吸力在一个周期内的平均值为

由式（6-19）可得，瞬时吸力的平均值是最大值的一半，即。通常交流电磁铁的吸力都是指平均吸力。式中Φm=BmS为磁通的最大值，在外加电压一定时，交流磁路中磁通的最大值基本保持不变。因此，交流电磁铁在吸合衔铁的过程中，电磁吸力的平均值也基本保持不变。

例6.6　如果图6-21所示为一交流电磁铁，铁芯面积S=2.5 cm2，励磁线圈的额定电压U=380 V，频率f=50Hz，匝数N=8560匝。试求电磁铁的平均电磁吸力。

解　据式（6-16）得

主磁通的最大值为

电磁铁的平均电磁吸力为

从式（6-18）中可见，交流电磁铁吸力的方向一定，但电磁吸力是脉动的，在零和最大值之间变动，因此工作时要产生振动，从而产生噪声和机械磨损。为了减小衔铁的振动，可在磁极的部分端面上嵌装上一个铜制的短路环，如图6-23所示。当总的交变磁通Ф的一部分Ф1穿过短路环时，环内产生感应电流，阻止磁通Ф1变化，从而造成环内磁通Ф1与环外磁通Ф2产生相位差，于是有这两部分磁通产生的吸力不会同时为零，使振动减弱。

图6-23　短路环(www.xing528.com)

交流电磁铁不安装短路环，会引起衔铁震动，产生冲击。交流电路中的电铃就是利用这种震动制作的。给线圈通上交流电，就可以产生交流变化的磁场，可以直接带动小锤子不断撞击铃体发出声音。

需要指出的是，交流铁芯线圈由于交流电压一定，则主磁通Фm一定。励磁电流与磁路的结构、材料、空气隙δ大小有关。当磁路的气隙δ增大，磁阻Rm增大，必然引起磁通势NI增大，也就是励磁电流I增大。所以，交流电磁铁在衔铁未吸合前，气隙δ大，磁阻Rm大，励磁电流I大；当交流电磁铁在衔铁吸合后，气隙δ减小接近于零，励磁电流I很快减小到额定值。如果由于某种意外原因电磁铁的衔铁被卡住，或因为工作电压低落不能吸合，则线圈会因为长时间通过很大的电流，会使线圈过热而烧毁。

【特别提示】

即使额定电压相同，交、直流电磁铁决不能互换使用。

下面将交、直流电磁铁的特点作以比较，如表6-3所示。

表6-3　交、直流电磁铁比较

应用实例：图6-24所示为应用电磁铁实现制动机床或起重机电动机的基本结构，其中电动机和制动轮同轴。

原理：当接通电源，电动机通电运行时，电磁铁的励磁线圈同时通电，衔铁被吸合并拉紧弹簧，抱闸被提起，装置在电动机转轴上的制动轮被松开，使电动机能够自由转动；当断开电源时，电磁铁的励磁线圈会同时断电，电磁吸力就会立即消失，弹簧复位，致使抱闸因受弹簧的拉力，而压住制动轮，使电动机迅速被制动。这种断电制动型电磁抱闸装置用于起重机械中，还能避免由于工作过程中突然停电而出现重物跌落的事故。

图6-24　应用电磁铁实现制动的装置