电磁系统吸力特性与磁通变化规律

1.电磁吸力与吸力特性

电磁铁线圈通电以后，铁心吸引衔铁带动触点改变原来状态进而接通或分断电路的力称为电磁吸力。电磁吸力是影响电磁式电器可靠工作的一个重要参数，电磁吸力可按下式计算，即

式中，F为电磁吸力（N）；B为气隙中的磁感应强度（T）；S为磁极截面积（m²）。当截面积为常数时，吸力F与气隙中的磁感应强B²成正比，也可以认为F与磁通Φ²成正比。电磁系统的吸力特性反映了电磁吸力与气隙的关系。磁感应强度B与气隙宽度δ及外加电压大小有关，所以，对于直流电磁铁，外加电压恒定，电磁吸力的大小只与气隙有关。但对于交流电磁铁，由于外加正弦交流电压，在气隙宽度一定时，其气隙磁感应强度也按正弦规律变化，即B＝B_msinwt。所以，吸力公式为

电磁吸力也按正弦规律变化，最小值为零，最大值为

电磁式电器在吸合或释放过程中，气隙是变化的，电磁吸力也将随气隙的变化而变化，这种特性称为吸力特性，电磁铁吸力特性曲线如图1-2所示。

2.交流接触器短路环的作用

电磁吸力由电磁机构产生，当电磁线圈断电时使触点恢复常态的力称为反力，电磁电器中反力由复位弹簧和触头产生，衔铁吸合时要求电磁吸力大于反力，衔铁复位时要求反力大于电磁吸力（此时是剩磁产生的电磁吸力）。当电磁吸力的瞬时值大于反力时，铁心吸合；当电磁吸力的瞬时值小于反力时，铁心释放。(www.xing528.com)

因此，对于单相交流电磁系统，由于交流磁通过零时吸力也为零，吸合后的衔铁在反力作用下会被拉开。磁通过零后吸力增大，当吸力大于反力时衔铁又吸合。这样，在交流电每周期内衔铁吸力要两次过零，使衔铁产生强烈的振动和噪声，甚至使铁心散开。为避免衔铁振动，解决的办法是在铁心端面开一小槽，在槽内嵌入一个铜制分磁环（或称短路环），如图1-3所示为短路环的结构，加上短路环后，磁通被分为大小接近、相位相差约90°电角度的两相磁通，如图1-4所示为产生的磁通和吸力的变化规律。当电磁系统的交变磁通穿过短路环所包围的截面时，环中产生了涡流。根据电磁感应定律可知，此涡流产生的磁通Φ₂在相位上滞后于短路环没有包围的截面中的磁通Φ₁。这样，铁心中有两个相位不同的磁通Φ₁和Φ₂。电磁系统的吸力为它们产生的吸力F₁和F₂之和。只要此合力始终大于反力，衔铁的振动现象就可消除。

图1-2 电磁铁吸力特性曲线

1—直流电磁铁吸力特性 2—交流电磁铁吸力特性 3—反力特性

图1-3 短路环的结构

1—衔铁 2—铁心 3—线圈 4—短路环

图1-4 磁通和吸力的变化规律