电磁铁的效率取决于什么？

只看该作者 · 2022-1-13 16:51

如果希望用尽量小的电功率实现尽量强的磁场，应该怎么做呢？
谢谢！

4万 · 2022-1-13 19:59

采用高磁导率的材料

只看该作者 · 2022-1-13 20:42

超导体

只看该作者 · 2022-1-14 08:31

只看该作者 · 2022-1-14 09:14

本帖最后由 zlf1208 于 2022-1-14 09:25 编辑

二年前设计过一个电磁铁，当时查过不少资料，因为不常用，所以有些知识可能会记错，但是原则不会错。
根据电磁场理论，有以下结论：
1. 磁场强度与安匝数的平方成正比。如果工作电流为I，绕组的圈数为N，则安匝数为IN，如果绕组的平均单圈电阻为R，则I=U/(NR)；IN=(U/(NR))*N=U/R，通常，工作电压是确定的，因此磁场强度只与单圈电阻有关，与圈数无关！这个结论很重要！单圈电阻与二个因素有关：一是结构尺寸，尺寸越大，绕组每一圈的周长就长，单圈电阻就大，磁场强度就小；二是漆包线的线径，线径越大，单圈电阻越小；
2. 从第1点的结论可知，要电磁铁的吸力大，线圈结构应该是细长形的，漆包线要尽可能粗，这意味着功率要大；
3. 既然电磁性能与圈数无关，那么圈数起什么作用呢？改变圈数可以改变工作电流，圈数越多，工作电流越小，与此同时，铜线用量也越多，成本也越高，线圈体积也越大，需要均衡取舍；
4. 电磁铁的工作行程与电磁力成指数下降关系，行程越大，为了获得足够的电磁吸力，电磁铁的结构要加大，成本嗖嗖往上串，现在一克漆包线大约6-8分钱；
5. 电磁铁的框架和铁心都需要使用高磁导率的纯铁材料，还需要做相应的热处理；
6. 铁心直径不能太小，一方面是结构强度，另一方面是防止磁场饱和。

只看该作者 · 2022-1-14 11:14

楼上说的都对，但是又不切题。
楼主讨论的是磁场强度和功率之间的关系。也就是磁场强度不变，如何降低功率。
而楼上说的是如何增大磁场强度的问题。两者有相同的地方，也有相反的地方。

只看该作者 · 2022-1-14 11:36

本帖最后由 ASHYLAI 于 2022-1-14 12:26 编辑

问题很原始，解法很粗暴，越贵越好。

只看该作者 · 2022-1-14 11:43

刚才win10输入法有问题，重启了一下，好了。
接上面，从第一个式子继续推导。 IN=U/R. 这个是没错。在工作电压固定的情况下，磁场强度确实和圈数无关。但是圈数和功率有很大关系。
上式中的R是单圈电阻，那么整个绕组的电阻就是NR。
两边取平方 (IN)^2 = U^2/R^2
后面上下乘以N , (IN)^2 = N * U^2/(NR^2) => (IN)^2 = N * (U^2/NR) /R 其中U^2/NR 就是功率P
然后 (IN)^2 = P * (N/R);
P = (IN)^2 * (R/N);
所以推导出，在磁场强度确定的情况下，绕组功耗与每圈电阻成正比，与匝数成反比。
说白了，就是，要想耗电少，圈数越多越好，导线电阻率越小越好，越粗越好。也就是绕组的横截面积越大越好。

上面第二点，说

2. 从第1点的结论可知，要电磁铁的吸力大，线圈结构应该是细长形的，漆包线要尽可能粗，这意味着功率要大；

这个没错，但是两个不是正比关系。
线圈越粗，磁场强度越大，是平方比关系。功率越大是正比关系。
所以加粗线圈是可以在磁场强度不变的情况下降低功率的。

只看该作者 · 2022-1-14 12:16

学习了，没有发言权

4万 · 2022-1-14 13:53

zlf1208|初级工程师 | 2022-1-14 09:14 | 只看该作者 | 奖励家园币

1. 磁场强度与安匝数的平方成正比。

这是错误的结论

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磁场强度对路径的积分 = 安匝

∫H . dl = NI

如果H处处均匀 , 上面的算式简化为 H = NI / l

磁场强度与安匝数成正比。

不是磁场强度与安匝数的平方成正比。