螺管电磁铁的磁场仿真与等值磁路建立

2025-09-29 百科知识版权反馈

【摘要】：螺管式电磁铁的结构相对于拍合式较为复杂，采用三维场计算的方法计算电磁机构的磁场，由于数据信息量较多，计算工作量也很大。例如对于图4-1b中的这种螺管式磁脱扣器，通过在ANSYS有限元软件中输入它的三维模型，计算出它的磁场分布图如图4-15所示。图4-17所示为上面式中各变量的定义：图4-16 螺管式电磁铁磁路图图4-17 螺管式电磁铁工作气隙与非工作气隙处尺寸定义图

小规格断路器的磁脱扣器由于额定电流小，如采用拍合式结构，在10倍额定电流下，依靠单根母排产生的激磁是不足以吸动衔铁，所以螺管式脱扣器被广泛采用，它的结构如图4-1b所示，螺管电磁铁铁心上可绕多匝线圈，依靠改变线圈匝数就可改变脱扣电流，采用了多匝线圈，每匝线圈线径又不大，所以用有限元分析脱扣器动特性时可认为线圈中电流是均匀分布，忽略电流场的计算。螺管式电磁铁的结构相对于拍合式较为复杂，采用三维场计算的方法计算电磁机构的磁场，由于数据信息量较多，计算工作量也很大。与三维磁场分析相比较，磁路计算要简便得多。磁路计算只需要知道磁路各部分的磁阻或磁导，包括工作气隙磁导、非工作气隙磁导和铁磁部分即磁导体的磁阻。尽管导磁体部分的磁路长度比气隙的大得多，但由于气隙中的媒质——空气的磁导率仅为磁导体的数百乃至数万分之一，气隙磁阻远比磁导体的大，因此，磁路计算直至整个电磁系统计算的准确度，都决定于气隙磁导的计算。在工程中，以往应用广泛的气隙磁导公式都是对实际问题作了很多简化，因此应用这样的公式进行计算必然会导致误差过大。结合以上分析，这里把磁场和磁路法结合起来的计算方法，首先对所研究的电磁结构在三维有限元分析软件ANSYS中为其建模，通过计算在一系列的气隙和电流条件下，电磁结构所产生的吸力，并且分析其磁场的分布及性质，我们可以拟合出一个等值磁路和相应气隙磁导和漏磁导的计算公式，这些公式只和电磁结构的物理尺寸和形状有关。例如对于图4-1b中的这种螺管式磁脱扣器，通过在ANSYS有限元软件中输入它的三维模型，计算出它的磁场分布图如图4-15所示。