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當(dāng)在通電螺線(xiàn)管內(nèi)部插入鐵芯后,鐵芯被通電螺線(xiàn)管的磁場(chǎng)磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個(gè)磁體,這樣由于兩個(gè)磁場(chǎng)互相疊加,從而使螺線(xiàn)管的磁性大大增強(qiáng)。為了使電磁鐵的磁性更強(qiáng),通常將鐵芯制成蹄形。但要注意蹄形鐵芯上線(xiàn)圈的繞向相反,一邊順時(shí)針,另一邊必須逆時(shí)針。如果繞向相同,兩線(xiàn)圈對(duì)鐵芯的磁化作用將相互抵消,使鐵芯不顯磁性。另外,電磁鐵的鐵芯用軟鐵制做,而不能用鋼制做。否則鋼一旦被磁化后,將長(zhǎng)期保持磁性而不能退磁,則其磁性的強(qiáng)弱就不能用電流的大小來(lái)控制,而失去電磁鐵應(yīng)有的優(yōu)點(diǎn)。

電磁鐵是可以通電流來(lái)產(chǎn)生磁力的器件,屬非永久磁鐵,可以很容易地將其磁性啟動(dòng)或是消除。例如:大型起重機(jī)利用電磁鐵將廢棄車(chē)輛抬起。

當(dāng)電流通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)時(shí),會(huì)在導(dǎo)線(xiàn)的周?chē)�產(chǎn)生磁場(chǎng)。應(yīng)用這性質(zhì),將電流通過(guò)螺線(xiàn)管時(shí),則會(huì)在螺線(xiàn)管之內(nèi)制成均勻磁場(chǎng)。假設(shè)在螺線(xiàn)管的中心置入鐵磁性物質(zhì),則此鐵磁性物質(zhì)會(huì)被磁化,而且會(huì)大大增強(qiáng)磁場(chǎng)。

一般而言,電磁鐵所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與電流大小、線(xiàn)圈圈數(shù)及中心的鐵磁體有關(guān)。在設(shè)計(jì)電磁鐵時(shí),會(huì)注重線(xiàn)圈的分布和鐵磁體的選擇,并利用電流大小來(lái)控制磁場(chǎng)。由于線(xiàn)圈的材料具有電阻,這限制了電磁鐵所能產(chǎn)生的磁場(chǎng)大小,但隨著超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用,將有機(jī)會(huì)超越現(xiàn)有的限制。

按電流分

1、交流電磁鐵

2、直流電磁鐵

按用途分

1、牽引電磁鐵

2、框架式電磁鐵

3、自保持電磁鐵

4、吸盤(pán)電磁鐵

5、旋轉(zhuǎn)電磁鐵

6、圓管電磁鐵

電磁鐵的磁場(chǎng)方向可以用安培定則來(lái)判斷。

安培定則是表示電流和電流激發(fā)磁場(chǎng)的磁感線(xiàn)方向間關(guān)系的定則,也叫右手螺旋定則。

1、通電直導(dǎo)線(xiàn)中的安培定則(安培定則一):用右手握住通電直導(dǎo)線(xiàn),讓大拇指指向電流方向,四指指向通電直導(dǎo)線(xiàn)周?chē)�磁力線(xiàn)方向。

2、通電螺線(xiàn)管中的安培定則(安培定則二):用右手握住通電螺線(xiàn)管,使四指彎曲與電流方向一致,那么大拇指所指的那一端是通電螺線(xiàn)管的N極。

電磁鐵有許多優(yōu)點(diǎn):電磁鐵的磁性有無(wú)可以用通、斷電流控制;磁性的大小可以用電流的強(qiáng)弱或線(xiàn)圈的匝數(shù)多少來(lái)控制;也可通過(guò)改變電阻控制電流大小來(lái)控制磁性大小;它的磁極可以由改變電流的方向來(lái)控制,等等。即:磁性的強(qiáng)弱可以改變、磁性的有無(wú)可以控制、磁極的方向可以改變,磁性可因電流的消失而消失。

電磁鐵是電流磁效應(yīng)(電生磁)的一個(gè)應(yīng)用,與生活聯(lián)系緊密,如電磁繼電器、電磁起重機(jī)、磁懸浮列車(chē)、電子門(mén)鎖、智能通道匝、電磁流量計(jì)等。

電磁鐵可以分為直流電磁鐵和交流電磁鐵兩大類(lèi)型。如果按照用途來(lái)劃分電磁鐵,主要可分成以下五種:
1、牽引電磁鐵：主要用來(lái)牽引機(jī)械裝置、開(kāi)啟或關(guān)閉各種閥門(mén),以執(zhí)行自動(dòng)控制任務(wù)。
2、起重電磁鐵：用作起重裝置來(lái)吊運(yùn)鋼錠、鋼材、鐵砂等鐵磁性材料。
3、制動(dòng)電磁鐵：主要用于對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行制動(dòng)以達(dá)到準(zhǔn)確停車(chē)的目的。
4、自動(dòng)電器的電磁系統(tǒng)：如電磁繼電器和接觸器的電磁系統(tǒng)、自動(dòng)開(kāi)關(guān)的電磁脫扣器及操作電磁鐵等。
5、其他用途的電磁鐵：如磨床的電磁吸盤(pán)以及電磁振動(dòng)器等。

早在1820年春天,丹麥的奧斯特在一次偶然之中就發(fā)現(xiàn)了這一原理。1822年,法國(guó)物理學(xué)家阿拉戈和呂薩克才發(fā)現(xiàn),當(dāng)電流通過(guò)其中有鐵塊的繞線(xiàn)時(shí),它能使繞線(xiàn)中的鐵塊磁化。這實(shí)際上是電磁鐵原理的最初發(fā)現(xiàn)。1823年,斯特金也做了一次類(lèi)似的實(shí)驗(yàn):他在一根并非是磁鐵棒的U型鐵棒上繞了18圈銅裸線(xiàn),當(dāng)銅線(xiàn)與伏打電池接通時(shí),繞在U型鐵棒上的銅線(xiàn)圈即產(chǎn)生了密集的磁場(chǎng),這樣就使U型鐵棒變成了一塊"電磁鐵"。這種電磁鐵上的磁能要比永磁能放大多倍,它能吸起比它重20倍的鐵塊,而當(dāng)電源切斷后,U型鐵棒就什么鐵塊也吸不住,重新成為一根普通的鐵棒。

斯特金的電磁鐵發(fā)明,使人們看到了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的光明前景,這一發(fā)明很快在英國(guó)、美國(guó)以及西歐一些沿海國(guó)家傳播開(kāi)來(lái)。

1829年,美國(guó)電學(xué)家亨利對(duì)斯特金電磁鐵裝置進(jìn)行了一些革新,用磁電絕緣導(dǎo)線(xiàn)代替裸銅導(dǎo)線(xiàn),因此不必?fù)?dān)心被銅導(dǎo)線(xiàn)過(guò)分靠近而短路。由于導(dǎo)線(xiàn)有了絕緣層,就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起,由于線(xiàn)圈越密集,產(chǎn)生的磁場(chǎng)就越強(qiáng),這樣就大大提高了把電能轉(zhuǎn)化為磁能的能力。到了1831年,亨利試制出了一塊更新的電磁鐵,雖然它的體積并不大,但它能吸起1噸重的鐵塊。

在奧斯特電流磁效應(yīng)實(shí)驗(yàn)及其他一系列實(shí)驗(yàn)的啟發(fā)下 ,安培認(rèn)識(shí)到磁現(xiàn)象的本質(zhì)是電流 ,把涉及電流 、磁體的各種相互作用歸結(jié)為電流之間的相互作用,提出了尋找電流元相互作用規(guī)律的基本問(wèn)題。為了克服孤立電流元無(wú)法直接測(cè)量的困難 ,安培精心設(shè)計(jì)了4個(gè)示零實(shí)驗(yàn)并伴以縝密的理論分析,得出了結(jié)果。但由于安培對(duì)電磁作用持超距作用觀(guān)念,曾在理論分析中強(qiáng)加了兩電流元之間作用力沿連線(xiàn)的假設(shè),期望遵守牛頓第三定律,使結(jié)論有誤。上述公式是拋棄錯(cuò)誤的作用力沿連線(xiàn)的假設(shè),經(jīng)修正后的結(jié)果。應(yīng)按近距作用觀(guān)點(diǎn)理解為,電流元產(chǎn)生磁場(chǎng),磁場(chǎng)對(duì)其中的另一電流元施以作用力。

直線(xiàn)電流的安培定則對(duì)一小段直線(xiàn)電流也適用。環(huán)形電流可看成許多小段直線(xiàn)電流組成,對(duì)每一小段直線(xiàn)電流用直線(xiàn)電流的安培定則判定出環(huán)形電流中心軸線(xiàn)上磁感強(qiáng)度的方向。疊加起來(lái)就得到環(huán)形電流中心軸線(xiàn)上磁感線(xiàn)的方向。直線(xiàn)電流的安培定則是基本的,環(huán)形電流的安培定則可由直線(xiàn)電流的安培定則導(dǎo)出直線(xiàn)電流的安培定則對(duì)電荷作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的磁場(chǎng)也適用,這時(shí)電流方向與正電荷運(yùn)動(dòng)方向相同,與負(fù)電荷運(yùn)動(dòng)方向相反。

安培定律與庫(kù)侖定律相當(dāng),是磁作用的基本實(shí)驗(yàn)定律 ,它決定了磁場(chǎng)的性質(zhì),提供了計(jì)算電流相互作用的途徑。

電磁鐵:利用電流的磁效應(yīng),使軟鐵(電磁鐵線(xiàn)圈內(nèi)部芯軸,可快速充磁與消磁)具有磁性的裝置。

1、將軟鐵棒插入一螺線(xiàn)形線(xiàn)圈內(nèi)部,則當(dāng)線(xiàn)圈通有電流時(shí),線(xiàn)圈內(nèi)部的磁場(chǎng)使軟鐵棒磁化成暫時(shí)磁鐵,但電流切斷時(shí),則線(xiàn)圈及軟鐵棒的磁性隨著消失。

2、軟鐵棒磁化后所生成的磁場(chǎng),加上原有線(xiàn)圈內(nèi)的磁場(chǎng),使得總磁場(chǎng)強(qiáng)度大為增強(qiáng),故電磁鐵的磁力大于 天然磁鐵。

3、螺線(xiàn)形線(xiàn)圈的電流愈大,線(xiàn)圈圈數(shù)愈多,電磁鐵的磁場(chǎng)愈強(qiáng)。

1、起重機(jī):為工業(yè)用的強(qiáng)力電磁鐵,通上大電流,可用以吊運(yùn)鋼板、貨柜、廢鐵等。

2、電話(huà):下一節(jié)介紹。

3、安培計(jì)、伏特計(jì)、檢流計(jì)

4、電鈴等等。

5、自動(dòng)化控制設(shè)備

6、工業(yè)自動(dòng)化控制、辦公自動(dòng)化。

7、包裝機(jī)械、醫(yī)療器械、食品機(jī)械、紡織機(jī)械等。

8、電磁繼電器

9、磁懸浮列車(chē)

電流元I1dι 對(duì)相距γ12的另一電流元I2dι 的作用力df12為:

μ0 I1I2dι2 × (dι1 × γ12)

df12 = ── ───────────

4π γ123

式中dι1.dι2的方向都是電流的方向;γ12是從I1dι 指向I2dι 的徑矢。安培定律可分為兩部分。其一是電流元Idι(即上述I1dι )在γ(即上述γ12)處產(chǎn)生的磁場(chǎng)為

μ0 Idι × γ

dB = ── ─────

4π γ3

這是畢薩拉定律。其二是電流元Idl(即上述I2dι2)在磁場(chǎng)B中受到的作用力df(即上述df12)為:

df = Idι × B

簡(jiǎn)易的自制電磁鐵:

1、需要漆包線(xiàn)、鐵釘來(lái)作其本體;電池或電源供應(yīng)器供以電流。

2、注意事項(xiàng):

要刮除漆包線(xiàn)末端的漆,或用火燒。

要以相同的方向纏繞漆包線(xiàn)。

要在漆包線(xiàn)的末端打結(jié)綁緊。

一、圓形線(xiàn)圈通往電流形成的磁場(chǎng)

1、線(xiàn)圈中心處的磁場(chǎng)方向可將線(xiàn)圈上某一小段導(dǎo)線(xiàn)視為直線(xiàn),由安培右手定則判定之。

2、通有電流的圓形線(xiàn)圈上每一小段電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng),在線(xiàn)圈內(nèi)都指向同一方向,故線(xiàn)圈內(nèi)的磁場(chǎng)較直導(dǎo)線(xiàn)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度大。

3、圓形導(dǎo)線(xiàn)通入電流時(shí),線(xiàn)圈外的磁場(chǎng)因各小段電流產(chǎn)生磁場(chǎng)的方向不一致, 因此產(chǎn)生的合成磁場(chǎng)較圈內(nèi)磁場(chǎng)弱。

4、圓形線(xiàn)圈的電流愈大,半徑愈小,則線(xiàn)圈中心處的磁場(chǎng)強(qiáng)度即愈大。

5、圓形線(xiàn)圈和圓盤(pán)形薄磁鐵的磁力線(xiàn)形狀相似。

二、螺線(xiàn)形線(xiàn)圈電流的磁場(chǎng)

1、用一條長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)繞成螺線(xiàn)形的長(zhǎng)線(xiàn)圈,相當(dāng)于由很多個(gè)圓形線(xiàn)圈所串聯(lián)而成,每一圓形導(dǎo)線(xiàn)在中心處所建立的磁場(chǎng)均為同向,可以增強(qiáng)效應(yīng),故線(xiàn)圈中心處的磁場(chǎng)較單匝圓形線(xiàn)圈為強(qiáng)。

2、線(xiàn)圈內(nèi)部磁力線(xiàn)形成方向相同的直線(xiàn),在線(xiàn)圈約兩端磁力線(xiàn)則漸彎曲向外。

3、螺線(xiàn)形線(xiàn)圈的磁力線(xiàn)特性與棒形磁鐵的磁力線(xiàn)相似,線(xiàn)圈內(nèi)的磁力線(xiàn)與線(xiàn)圈外方向恰相反。

4、線(xiàn)圈內(nèi)磁場(chǎng)的強(qiáng)度與線(xiàn)圈上的電流及單位長(zhǎng)度內(nèi)線(xiàn)圈的圈數(shù)成正比。

三、螺線(xiàn)形線(xiàn)圈電流內(nèi)磁場(chǎng)方向的右手螺旋定則(安培定理):以右手掌握住線(xiàn)圈,四指指向電流方向,大拇指所指的方向即為線(xiàn)圈內(nèi)磁力線(xiàn)方向。

發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間不用,導(dǎo)致出廠(chǎng)前含在鐵芯中的剩磁失去,勵(lì)磁線(xiàn)圈建立不起應(yīng)有的磁場(chǎng),這時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常但發(fā)不出電,此類(lèi)現(xiàn)象新機(jī)�；蜷L(zhǎng)期不用的機(jī)組較多。

處理方法:

1、有勵(lì)磁按鈕的按一下勵(lì)磁按鈕,
2、無(wú)勵(lì)磁按鈕的,用電瓶對(duì)其充磁,
3、帶一個(gè)燈泡負(fù)荷,超速運(yùn)轉(zhuǎn)幾秒鐘。

低軸阻發(fā)電機(jī)在原理設(shè)計(jì)上雖然只能將50%左右的負(fù)轉(zhuǎn)矩磁能轉(zhuǎn)化為正轉(zhuǎn)矩磁能,但是所產(chǎn)生的正轉(zhuǎn)矩也足以去抵消負(fù)轉(zhuǎn)矩了(因?yàn)閷?shí)際上是不可能將負(fù)轉(zhuǎn)矩磁能全部轉(zhuǎn)化為正轉(zhuǎn)矩磁能的)。

通過(guò)對(duì)常規(guī)發(fā)電機(jī)的構(gòu)造及工作原理進(jìn)一步研究分析后,我們最終找到了突破口,既是在常規(guī)發(fā)電原理構(gòu)造的基礎(chǔ)上運(yùn)用"能量緩存轉(zhuǎn)移法"來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的;也就是將部分固定方向的感應(yīng)電流進(jìn)行暫存處理后,再在滯后的時(shí)間內(nèi)釋放,所釋放的能量不僅可以繼續(xù)輸出供給負(fù)載,而且在電樞續(xù)流繞組中所產(chǎn)生的附加磁能還可以對(duì)轉(zhuǎn)子做正功(產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩)。這就是低軸阻發(fā)電機(jī)正轉(zhuǎn)矩磁能的來(lái)源。

發(fā)電機(jī)失磁故障是指發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁突然全部消失或部分消失。引起失磁的原因有:轉(zhuǎn)子繞組故障、勵(lì)磁機(jī)故障、自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)誤跳、半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)中某些元件損壞或回路發(fā)生故障以及誤操作等。

由于異步運(yùn)行,發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子機(jī)械轉(zhuǎn)速大于同步轉(zhuǎn)速,由于出現(xiàn)轉(zhuǎn)差,定子繞組電流增大,轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生感應(yīng)電流,引起定、轉(zhuǎn)子繞組的附加發(fā)熱。分析表明,發(fā)電機(jī)失磁后對(duì)電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身都會(huì)造成程度不同的危害,歸納起來(lái)有以下幾方面。

對(duì)發(fā)電機(jī)本身的危害:

1、發(fā)電機(jī)失磁后,定子端部漏磁增強(qiáng),使端部的部件和端部鐵芯過(guò)熱。

2、異步運(yùn)行后,發(fā)電機(jī)的等效電抗降低,由 變?yōu)?。因而從系統(tǒng)中吸收的無(wú)功增加,使定子繞組過(guò)熱。

3、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)的差頻電流在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生額外損耗,引起轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱。

4、對(duì)大型直接冷卻式汽輪發(fā)電機(jī),平均異步轉(zhuǎn)矩的最大值較小,慣性常數(shù)也相對(duì)降低,轉(zhuǎn)子在縱橫軸方面明顯不對(duì)稱(chēng)。由于這些原因,在重負(fù)荷下失磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩和有功將發(fā)生劇烈擺動(dòng)。這種影響對(duì)水輪發(fā)電機(jī)更為嚴(yán)重。

對(duì)電力系統(tǒng)的危害:

1、發(fā)電機(jī)失磁后,由于有功功率擺動(dòng)及系統(tǒng)電壓的降低,可能導(dǎo)致相鄰正常運(yùn)行的發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)之間失去同步,引起系統(tǒng)振蕩。

2、發(fā)電機(jī)失磁造成系統(tǒng)中大量無(wú)功缺少,當(dāng)系統(tǒng)中無(wú)功儲(chǔ)備不足,將引起電壓下降。嚴(yán)重時(shí)引起電壓崩潰,系統(tǒng)瓦解。

3、一臺(tái)發(fā)電機(jī)失磁造成電壓下降,系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)在自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置作用下,將增加其無(wú)功輸出。從而使某些發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線(xiàn)路過(guò)電流,后備保護(hù)可能因過(guò)流動(dòng)作,擴(kuò)大了故障范圍。

永久磁鐵和電磁鐵均能制造得產(chǎn)生不同形式的磁場(chǎng)。在選擇磁路時(shí),首先考慮的是你需要磁鐵做的工作。在用電不方便、經(jīng)常發(fā)生斷電或沒(méi)有必要調(diào)整磁力的場(chǎng)合下,永久磁鐵占優(yōu)勢(shì)。對(duì)于要求改變磁力或需要遙控的用途來(lái)說(shuō),電磁鐵是有益的。磁鐵只能以最初的預(yù)定方式加以使用,倘若把錯(cuò)誤類(lèi)型的磁鐵應(yīng)用到某個(gè)特殊用途,可能極其危險(xiǎn)甚至是致命的。

許多加工操作在厚重的塊形材料上進(jìn)行,這些用途需要永久磁鐵。許多機(jī)械工廠(chǎng)的用戶(hù)認(rèn)為,這些磁鐵的最大優(yōu)點(diǎn)是不需要電氣連接。

永久磁鐵以330~10000磅升舉能力為特色,而且只須旋轉(zhuǎn)一個(gè)手柄就能接通或斷開(kāi)磁路。磁鐵一般裝有安全鎖,確保磁鐵不會(huì)在提升時(shí)意外斷開(kāi)。磁鐵組可以用于比較重、而且單個(gè)磁鐵應(yīng)付不了的長(zhǎng)載荷。

還有,在很多時(shí)候準(zhǔn)備加工的零件非常細(xì)(0.25英寸或更細(xì)),而且要從一堆相似的零件中提取出來(lái)。永久磁鐵不適合于每次從一堆零件中只提一件的工作。永久磁鐵盡管在正確使用的情況下極其可靠,但是不能改變磁力大小。在這個(gè)方面,電磁鐵通過(guò)可變電壓控制裝置使操作者能夠控制磁場(chǎng)強(qiáng)度,并且能夠從堆碼的零件中選出一件。自含式電磁鐵是按單位升舉能力最劃算的磁鐵,其升舉能力可以延伸到10500磅。

由蓄電池供電的磁鐵是有用的,它們采用自含式膠體蓄電池增大升舉能力,而且可以處理扁形、圓形和構(gòu)件形狀的產(chǎn)品。由蓄電池供電的磁鐵能重復(fù)完成提升的動(dòng)作,在沒(méi)有外接電源的情況下提供相當(dāng)大的升舉能力。