電磁鐵簡介

電磁鐵是通電產(chǎn)生電磁的一種裝置。在鐵芯的外部纏繞與其功率相匹配的導(dǎo)電繞組，這種通有電流的線圈像磁鐵一樣具有磁性，它也叫做電磁鐵（electromagnet）。我們通常把它制成條形或蹄形狀，以使鐵芯更加容易磁化。另外，為了使電磁鐵斷電立即消磁，我們往往采用消磁較快的的軟鐵或硅鋼材料來制做。這樣的電磁鐵在通電時有磁性，斷電后磁就隨之消失。電磁鐵在我們的日常生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，由于它的發(fā)明也使發(fā)電機(jī)的功率得到了很大的提高。

電磁鐵：利用電流的磁效應(yīng)，使軟鐵(電磁鐵線圈內(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形線圈內(nèi)部，則當(dāng)線圈通有電流時，線圈內(nèi)部的磁場使軟鐵棒磁化成暫時磁鐵，但電流切斷時，則線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，加上原有線圈內(nèi)的磁場，使得總磁場強(qiáng)度大為增強(qiáng)，故電磁鐵的磁力大于　天然磁鐵。

（3）螺線形線圈的電流愈大，線圈圈數(shù)愈多，電磁鐵的磁場愈強(qiáng)。

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

直線電流的安培定則對一小段直線電流也適用。環(huán)形電流可看成許多小段直線電流組成，對每一小段直線電流用直線電流的安培定則判定出環(huán)形電流中心軸線上磁感強(qiáng)度的方向。疊加起來就得到環(huán)形電流中心軸線上磁感線的方向。直線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電流的安培定則導(dǎo)出直線電流的安培定則對電荷作直線運(yùn)動產(chǎn)生的磁場也適用，這時電流方向與正電荷運(yùn)動方向相同，與負(fù)電荷運(yùn)動方向相反。

電磁鐵有許多優(yōu)點(diǎn)：電磁鐵的磁性有無可以用通、斷電流控制；磁性的大小可以用電流的強(qiáng)弱或線圈的匝數(shù)多少來控制；也可通過改變電阻控制電流大小來控制磁性大?。凰拇艠O可以由改變電流的方向來控制，等等。即：磁性的強(qiáng)弱可以改變、磁性的有無可以控制、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、電子門鎖、智能通道匝、電磁流量計等。

電磁鐵的磁場方向可以用安培定則來判斷。

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

（1）通電直導(dǎo)線中的安培定則（安培定則一）：用右手握住通電直導(dǎo)線，讓大拇指指向電流方向，四指指向通電直導(dǎo)線周圍磁力線方向。

（2）通電螺線管中的安培定則（安培定則二）：用右手握住通電螺線管，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管的N極。

電磁鐵按電流分

1.交流電磁鐵

2.直流電磁鐵

電磁鐵按用途分

1.制動電磁鐵：在電氣傳動裝置中用作電動機(jī)的機(jī)械制動，以達(dá)到準(zhǔn)確迅速停車的目的，常見的型號有MZD1(單相），MZS1（三相）系列。

2.起重電磁鐵：用作起重裝置來吊運(yùn)鋼材，鐵砂等導(dǎo)磁材料，或用作電磁機(jī)械手夾持鋼鐵等導(dǎo)磁材料。

3.閥用電磁鐵：利用磁力推動磁閥，從而達(dá)到閥口開啟，關(guān)閉或換向的目的。

4.牽引電磁鐵：主要用牽引機(jī)械裝置以執(zhí)行自動控制任務(wù)。

當(dāng)在通電螺線管內(nèi)部插入鐵芯后，鐵芯被通電螺線管的磁場磁化。磁化后的鐵芯也變成了一個磁體，這樣由于兩個磁場互相疊加，從而使螺線管的磁性大大增強(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圈的繞向相反，一邊順時針，另一邊必須逆時針。如果繞向相同，兩線圈對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或是消除。例如：大型起重機(jī)利用電磁鐵將廢棄車輛抬起。

當(dāng)電流通過導(dǎo)線時，會在導(dǎo)線的周圍產(chǎn)生磁場。應(yīng)用這性質(zhì)，將電流通過螺線管時，則會在螺線管之內(nèi)制成均勻磁場。假設(shè)在螺線管的中心置入鐵磁性物質(zhì)，則此鐵磁性物質(zhì)會被磁化，而且會大大增強(qiáng)磁場。

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

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，法國物理學(xué)家阿拉戈和呂薩克才發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流通過其中有鐵塊的繞線時，它能使繞線中的鐵塊磁化。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，當(dāng)銅線與伏打電池接通時，繞在U型鐵棒上的銅線圈即產(chǎn)生了密集的磁場，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、美國以及西歐一些沿海國家傳播開來。

1829年，美國電學(xué)家亨利對斯特金電磁鐵裝置進(jìn)行了一些革新，用磁電絕緣導(dǎo)線代替裸銅導(dǎo)線，因此不必?fù)?dān)心被銅導(dǎo)線過分靠近而短路。由于導(dǎo)線有了絕緣層，就可以將它們一圈圈地緊緊地繞在一起，由于線圈越密集，產(chǎn)生的磁場就越強(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)律的基本問題。為了克服孤立電流元無法直接測量的困難 ，安培精心設(shè)計了4個示零實(shí)驗(yàn)并伴以縝密的理論分析，得出了結(jié)果。但由于安培對電磁作用持超距作用觀念，曾在理論分析中強(qiáng)加了兩電流元之間作用力沿連線的假設(shè)，期望遵守牛頓第三定律，使結(jié)論有誤。上述公式是拋棄錯誤的作用力沿連線的假設(shè)，經(jīng)修正后的結(jié)果。應(yīng)按近距作用觀點(diǎn)理解為，電流元產(chǎn)生磁場，磁場對其中的另一電流元施以作用力。

發(fā)電機(jī)長時間不用，導(dǎo)致出廠前含在鐵芯中的剩磁失去，勵磁線圈建立不起應(yīng)有的磁場，這時發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常但發(fā)不出電，此類現(xiàn)象新機(jī)?；蜷L期不用的機(jī)組較多。

處理方法：1）有勵磁按鈕的按一下勵磁按鈕，2）無勵磁按鈕的，用電瓶對其充磁，3）帶一個燈泡負(fù)荷，超速運(yùn)轉(zhuǎn)幾秒鐘。

（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：下一節(jié)介紹。

（3）安培計、伏特計、檢流計

（4）電鈴等等。

（5）自動化控制設(shè)備

（6）工業(yè)自動化控制、辦公自動化。

（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

低軸阻發(fā)電機(jī)在原理設(shè)計上雖然只能將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）。

通過對常規(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)矩磁能的來源。

1.圓形線圈通往電流形成的磁場

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

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

（3）圓形導(dǎo)線通入電流時，線圈外的磁場因各小段電流產(chǎn)生磁場的方向不一致， 因此產(chǎn)生的合成磁場較圈內(nèi)磁場弱。

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

（5）圓形線圈和圓盤形薄磁鐵的磁力線形狀相似。

2.螺線形線圈電流的磁場

（1）用一條長導(dǎo)線繞成螺線形的長線圈，相當(dāng)于由很多個圓形線圈所串聯(lián)而成，每一圓形導(dǎo)線在中心處所建立的磁場均為同向，可以增強(qiáng)效應(yīng)，故線圈中心處的磁場較單匝圓形線圈為強(qiáng)。

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

（3）螺線形線圈的磁力線特性與棒形磁鐵的磁力線相似，線圈內(nèi)的磁力線與線圈外方向恰相反。

（4）線圈內(nèi)磁場的強(qiáng)度與線圈上的電流及單位長度內(nèi)線圈的圈數(shù)成正比。

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

發(fā)電機(jī)失磁故障是指發(fā)電機(jī)的勵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、勵磁機(jī)故障、自動滅磁開關(guān)誤跳、半導(dǎo)體勵磁系統(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)失磁后對電力系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)本身都會造成程度不同的危害，歸納起來有以下幾方面。

對發(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)中吸收的無功增加，使定子繞組過熱。

（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)也相對降低，轉(zhuǎn)子在縱橫軸方面明顯不對稱。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。這種影響對水輪發(fā)電機(jī)更為嚴(yán)重。

對電力系統(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)中大量無功缺少，當(dāng)系統(tǒng)中無功儲備不足，將引起電壓下降。嚴(yán)重時引起電壓崩潰，系統(tǒng)瓦解。

（3）一臺發(fā)電機(jī)失磁造成電壓下降，系統(tǒng)中的其他發(fā)電機(jī)在自動調(diào)節(jié)勵磁裝置作用下，將增加其無功輸出。從而使某些發(fā)電機(jī)、變壓器、輸電線路過電流，后備保護(hù)可能因過流動作，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。在選擇磁路時，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)生斷電或沒有必要調(diào)整磁力的場合下，永久磁鐵占優(yōu)勢。對于要求改變磁力或需要遙控的用途來說，電磁鐵是有益的。磁鐵只能以最初的預(yù)定方式加以使用，倘若把錯誤類型的磁鐵應(yīng)用到某個特殊用途，可能極其危險甚至是致命的。

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)械工廠的用戶認(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)一個手柄就能接通或斷開磁路。磁鐵一般裝有安全鎖，確保磁鐵不會在提升時意外斷開。磁鐵組可以用于比較重、而且單個磁鐵應(yīng)付不了的長載荷。

還有，在很多時候準(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。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。在這個方面，電磁鐵通過可變電壓控制裝置使操作者能夠控制磁場強(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)完成提升的動作，在沒有外接電源的情況下提供相當(dāng)大的升舉能力。

充電電磁鐵又稱充電式電永磁起重器、蓄電池式起重電永磁鐵，采用電磁鐵本體和免維護(hù)蓄電池、控制器整合到一體的結(jié)構(gòu)，控制系統(tǒng)運(yùn)用最先進(jìn)的電子電路，無觸點(diǎn)，可對諸于充磁強(qiáng)度、充磁時間等八種參數(shù)進(jìn)行快速設(shè)置，采用遙控器操作。充電電磁鐵既具有電磁鐵的操作方便，又具有永磁起重器的安全性，是一款非常實(shí)用的磁起重工具。

框架式電磁鐵的技術(shù)與應(yīng)用分以下幾點(diǎn)

一、框架式電磁鐵在工業(yè)中的地位十分重要，是一種基本的電器，號稱為“電器之王”。磁鐵與除鐵設(shè)備市場的不斷發(fā)展和競爭的加劇，用戶不僅對電磁鐵與除鐵設(shè)備的質(zhì)量有了更高要求，而且對生產(chǎn)效率也提出了更高的要求。為了提高電磁鐵與除鐵設(shè)備的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，豐富我國產(chǎn)品種類，提升行業(yè)產(chǎn)品知名度，推動中國電磁鐵與除鐵設(shè)備行業(yè)發(fā)展，促進(jìn)國內(nèi)外電磁鐵與除鐵設(shè)備技術(shù)的研究和應(yīng)用，組織一些活動。

二、框架式電磁鐵包括　起重電磁鐵、制動電磁鐵、牽引電磁鐵、推拉式電磁鐵、框架式電磁鐵、管狀式電磁鐵、旋轉(zhuǎn)式電磁鐵、保持式電磁鐵、雙向轉(zhuǎn)角電磁鐵、吸盤式電磁鐵、直流濕式閥用電磁鐵、交流濕式閥用電磁鐵、繡花機(jī)電磁鐵、永磁吸盤、磁鋼轉(zhuǎn)角電磁鐵、汽車電磁鐵、旋轉(zhuǎn)電磁鐵、拍打式電磁鐵、氣閥式電磁鐵、自動電器的電磁系統(tǒng)、電磁振動器、以及電磁鐵用到的軟鐵、硅鋼片、檔鐵、外套、鐵芯、線圈、整流控制設(shè)備和電磁鐵生產(chǎn)設(shè)備。電磁除鐵器、永磁除鐵器、磁選機(jī)、磁輥、磁篩等除鐵設(shè)備以及配套設(shè)備等等。

三、框架式電磁鐵主要用于航空航天、機(jī)械、冶金、礦山、造船、電力電子、煤炭、礦山、電動工具、交通、起重運(yùn)輸、家電、電機(jī)、門鎖、紡織、游戲機(jī)、醫(yī)療器材、健身器材、辦公設(shè)備、售貨機(jī)、智能玩具、建材、化工、塑料、玻璃、陶瓷、水泥、造紙、食品、飼料、水處理等行業(yè)生產(chǎn)商、經(jīng)營商，專業(yè)買家、海外貿(mào)易商、高等院校、科研院所及其它相關(guān)行業(yè)。

充電電磁鐵的蓄電池只在充磁和退磁的瞬間工作，電磁鐵在起吊和搬運(yùn)中不再耗用能量，節(jié)能優(yōu)勢明顯。充電電磁鐵可廣泛用在無電源或接入電源不方便的場合，以及有毒、有放射性等環(huán)境中通過遙控器遠(yuǎn)程操作吊裝導(dǎo)磁性物件。充電狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控、充一次電可連續(xù)使用長達(dá)7～9天。