電磁鐵的吸力計(jì)算基本公式
這里只給出電磁鐵吸力計(jì)算的基本公式，以便做簡(jiǎn)單的定性分析。
（一）直流電磁鐵的吸力計(jì)算基本公式
根據(jù)物理學(xué)推導(dǎo)，我們可以得到計(jì)算電磁鐵銜鐵吸力F的基本計(jì)算公式：
（4－1）
式中 φ――磁極端面磁通(Wb)；
S――磁極的面積(㎝2)。
這個(gè)公式是在假定磁極端面下的磁力線均勻分布的情況下得出的，適合工作氣隙δ較小時(shí)的分析。
（二）交流電磁鐵的吸力計(jì)算及分析
交流電磁鐵的吸力計(jì)算公式可以在直流電磁鐵計(jì)算公式的基礎(chǔ)上得到。
設(shè)交流電磁鐵中的交變磁通為：
交流電磁鐵磁通與吸力波形如圖4－3所示：
通過(guò)以上可知交流電磁鐵的吸力有以下兩個(gè)特點(diǎn)：
1．吸力由一個(gè)不變分量的平均吸力F0和一個(gè)交變分量的脈動(dòng)吸力Fj組成。
2．總的吸力雖然也隨時(shí)間周期變化，但總是大于或等于零，即只有吸力，沒(méi)有斥力。
3．吸力的頻率是磁通頻率的2倍。
圖4－3 交流電磁鐵的磁通與吸力波形
在電磁鐵工作過(guò)程中，決定其能否將銜鐵吸合的是平均吸力的大小，即通常所說(shuō)的交流電磁鐵吸力。由于單相交變磁通所產(chǎn)生的吸力在每一周期內(nèi)有兩次經(jīng)過(guò)零點(diǎn)，所以在工頻電路上，每秒鐘內(nèi)有100次經(jīng)過(guò)零點(diǎn)。當(dāng)吸力為零時(shí)，銜鐵因失去吸力而開始返回，還沒(méi)有離開多遠(yuǎn)時(shí)，又被吸住，如此往復(fù)，形成振動(dòng)，產(chǎn)生噪音，損壞零件。一般用分磁環(huán)(一般為閉合的銅環(huán)，也稱短路環(huán))套在部分鐵心上就可減小振動(dòng)，它是利用通過(guò)環(huán)內(nèi)和端面的磁通有相位角差，這兩磁通產(chǎn)生的電磁吸力不同時(shí)為零，兩吸力疊加形成的總吸力任何時(shí)刻都不為零。在銜鐵閉合位置，如果總吸力的最小值大于作用在銜鐵上的反作用力，則可以基本上消除電磁鐵的振動(dòng)和噪音。但吸力仍然是脈動(dòng)的，故交流電磁鐵一般均發(fā)出輕微的“嗡嗡”聲，俗稱“交流聲”。對(duì)于三相交流電磁鐵一般不需加分磁環(huán)。
對(duì)于交流并聯(lián)電磁鐵，其線圈可以看成感抗很大，內(nèi)阻很小的電壓源，則有
?。?－3）
式中 f――電源頻率(Hz)；
W――線圈匝數(shù)；
――磁通最大值(Wb)。
整理得：
?。?－4）
說(shuō)明交流電磁鐵為恒磁鏈系統(tǒng)。
若將鐵心磁阻忽略，而氣隙磁導(dǎo)為Gδ，則對(duì)磁路有：
?。?－5）
將式(4－4)帶入式(4－5)有：
?。?－6）
該式說(shuō)明交流電磁鐵線圈中電流與氣隙磁導(dǎo)成反比，即與工作氣隙大小成正比，電磁鐵在剛要吸合時(shí)電流很大，若因某種原因銜鐵卡住，則線圈將被燒毀。
二、電磁鐵的特性
(一)電磁鐵的吸力特性
吸力特性是指電磁鐵的吸力與工作氣隙的關(guān)系，即F＝ƒ（δ）。根據(jù)電磁鐵的吸力計(jì)算公式分析：工作氣隙δ小時(shí)，磁路磁阻小，銜鐵上的電磁吸力F大；當(dāng)工作氣隙δ大時(shí)，銜鐵上的電磁吸力F小。所以吸力特性近似于雙曲線，如圖4－4(a)所示。對(duì)于直流電磁鐵來(lái)說(shuō)，由于其為恒磁勢(shì)系統(tǒng)，即IW基本不變，當(dāng)工作氣隙δ變化時(shí)，磁阻變化，磁通也變化，所以吸力也隨著工作氣隙變化，故其特性陡峭。對(duì)于交流電磁鐵來(lái)說(shuō)，由于其為恒磁鏈系統(tǒng)，其磁通有效值基本不變，所以吸力隨工作氣隙變化較小，故其特性相對(duì)平坦。
圖4－4 電磁鐵的吸力特性
有時(shí)為了改變直流電磁鐵的吸力特性，使其較平坦些，以減少閉合時(shí)機(jī)械沖擊，在磁極端上加一極靴可使特性變得平坦，如圖4－4(b)所示。當(dāng)然個(gè)別情況下也希望吸力陡一些，以保證吸合時(shí)有較大的吸力，確?？煽课香曡F，如E形電磁鐵。
吸力特性可以用計(jì)算方法得到，也可用實(shí)驗(yàn)方法得到。圖4－4(a)是直流電磁鐵(陡峭)和交流電磁鐵(平坦)的吸力特性示意圖。圖4－4（b)是有極靴和無(wú)極靴電磁鐵的吸力特性比較示意圖。
(二)電磁鐵的反力特性
反力特性是歸算到工作氣隙中心的所有反力Fｆ與工作氣隙δ的關(guān)系，即：
Fｆ＝ƒ（δ）。
可能有的反力有：反力彈簧力(主要)、觸頭彈簧力、摩擦阻力、重力等。圖4－5為直流接觸器的反力特性示意圖，斜線1為常開觸頭彈簧力，它只存在于動(dòng)靜觸頭剛接觸到完全閉合的這個(gè)過(guò)程中。曲線2為反力彈簧力，它隨工作氣隙減少而增大，在觸頭由開斷狀態(tài)向閉合狀態(tài)變化時(shí)，始終存在為一斜直線；曲線1和曲線2合成的結(jié)果，即為反力特性，這里沒(méi)有考慮其它反力。
圖4－5 電磁鐵的反力特性 圖4－6 吸力特性與反力特性的配合
(三)電磁鐵的吸力特性與反力特性的配合
對(duì)于一個(gè)電磁鐵，如果吸力特性與反力特性配合不好，將影響其工作可靠性、壽命、參數(shù)等。對(duì)于不同性能的電磁鐵，其配合有些差別，但總的要求是：吸合時(shí)，吸力大于反力，釋放時(shí)，反力大于吸力(或等于)。圖4－6為電磁鐵的特性配合情況。
圖中曲線1為反力特性，曲線2、3、4、5為吸力特性。曲線2和曲線1適合于快速動(dòng)作的場(chǎng)合，但沖擊較大，一般不用。曲線3和曲線1能保證銜鐵的可靠吸合，曲線4和曲線1將不能保證銜鐵可靠吸合。曲線5和曲線1將不能吸合。一般采用曲線3和曲線1的配合。
當(dāng)特性配合不好時(shí)，可改變吸力特性：調(diào)整工作氣隙、線圈電流、電壓等；也可以改變反力特性：如反力彈簧等。