[技术讨论] 电磁铁的效率取决于什么?

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123654789| | 2022-1-13 19:59 | 显示全部楼层
采用高磁导率的材料

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567| | 2022-1-13 20:42 | 显示全部楼层
超导体

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hi0712| | 2022-1-14 08:31 | 显示全部楼层

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zlf1208| | 2022-1-14 09:14 | 显示全部楼层
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。

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QuakeGod| | 2022-1-14 11:14 | 显示全部楼层
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。

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zlf1208 2022-1-14 11:21 回复TA
一句话,细长的结构可以提高效率 
ASHYLAI| | 2022-1-14 11:36 | 显示全部楼层
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。

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QuakeGod| | 2022-1-14 11:43 | 显示全部楼层
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。

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海洋无限| | 2022-1-14 12:16 | 显示全部楼层
学习了,没有发言权

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123654789| | 2022-1-14 13:53 | 显示全部楼层
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

========================================

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。

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