电器学电磁铁设计

目录

引言 (1)

1 概述 (2)

1.1 基本公式及概念 (2)

1.2 一个简单电磁铁产品的结构图 (6)

1.3 电磁铁的结构形式 (7)

2直流电磁铁的设计要求 (9)

3 直流电磁铁的设计与计算 (10)

3.1 电磁铁设计点的选择 (10)

3.2选择电磁铁的结构形式 (11)

3.2.1用结构因数选择电磁铁的结构形式 (11)

3.3 直流电磁铁的初步设计 (12)

3.3.1 决定铁心半径和极靴半径 (12)

3.3.2 计算线圈磁通势 (13)

3.3.3 计算线圈高度及厚度 (14)

3.3.4计算线圈导线直径及匝数 (16)

3.4 计算极靴、衔铁和铁轭的尺寸 (16)

3.5 电磁铁草图 (18)

4 电磁铁性能验算 (19)

5结论 (22)

心得体会 (23)

参考文献 (24)

引言

电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。合理的电磁铁结构是能量变换效率提高的保证。电磁铁设计的任务是合理的确定电磁铁的各种结构参数。确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的任务，下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法。电磁铁吸合过程是一个动态过程,设计是以静态进行计算.

电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁。我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。

1 概述

1.1 基本公式及概念

电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁(electromagnet)。我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。

1、均匀磁场B=

S

Φ

（T ） 2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A ） 3、磁场强度H=L

NI

（A/m ），建立了电流和磁场的关系。 该公式适用于粗细均匀的磁路 4、磁导率μ=

H

B

建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。 μ0=4π×10-7享/米 相对磁导率μr =

μμ 5. 磁通Φ=

M R NI 磁阻R M =

s

l

μ

这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率μ不是常数，使用磁阻计算磁路并不方便，磁阻计算一般只用于定性。 6、磁感应强度的定义式B=

qv

F

，磁感应强度与力的关系。 7、真空中无限长螺线管B=μ0nI 。对于长螺线管，端面处的B=2

1

μ0nI 。 8、磁效率

ψ

电磁铁工作循环图

ψ0

ψ4

4Ⅰ

I

Ⅲ

Ⅱ

2

3

1

图1-1电磁铁工作循环图

当电磁铁接上电源，磁力还不足克服反力，按0～2的直线进行磁化，达到期初始工作点2。当磁力克服反力使气隙减小直至为零时，工作点由2～3。断电后工作点由3～0。

面积Ⅰ为断电后剩留的能量，面积Ⅱ为作功前电磁铁储存的能量，面积Ⅲ为电磁铁作的功。

我们的目的是使 Ⅰ和Ⅱ的面积最小，Ⅲ的面积最大。

面积Ⅰ表示电磁铁作完功后的剩磁，（1）减小面积Ⅰ可用矫顽力小的电铁。（2）提高制造精度，使吸合后气隙最小，但要防止衔铁粘住。

面积Ⅱ表示作功前所储存的能量，在衔铁位置一定时，取决于漏磁通，漏磁通大，面积Ⅱ就大。 9、机械效率

K 1=

A A

A ：输出的有效功 A0：电磁铁可能完成的最大功。 10、重量经济性系数

K 2=

A G G=电磁铁重量。 A0：电磁铁可能完成的最大功。

K2不仅取决于磁效率和机械效率，而且还取决于磁性材料的正确利用，电磁铁的类型和主要外形尺寸之间保持合理的比例关系。 11、结构系数K φ

每一类型的电磁铁，都有一定的吸力和行程。按最优设计方法设计的电磁铁重量最轻。一般来说，长行程的电磁铁比短行积的电磁 铁长，吸力大的电磁铁比吸力小的电磁铁外径大。为了按最小材料消耗率比较电磁铁，引入结构系数K φ这个判据。 K φ=

Q

Q-初始吸力（kg ） δ-气隙长度（cm ）

Q 正比于电磁铁的横截面；δ正比于电磁铁的轴向长度。 结构系数可以从设计的原始数据求得。 12、 电磁铁工作的过渡过程

B

A i

C

D

t

吸合时间

电磁铁吸合动态曲线

开始吸合

完成吸合

图1-2电磁铁吸合动态曲线

接通电源后，电磁铁从网络吸收能量，这个能量部分变成线圈的发热消耗，另一部分用来建立磁场，当电流达到稳定值后，磁场的能量不再增加，电磁铁从电源吸收的能量全

部消耗于线圈子的发热上，磁场的能量用来产生吸力和作功。 13、工作制

（1）热平衡公式

均匀体的发热曲线

τ

t

图1-3均匀体的发热曲线

热平衡公式：Pdt=CGd τ+μs τdt

式中：Pdt 供给以热体的功率和时间

CGd τ-提高电磁铁本身温度的热量。C-发热体比热 G-发热体质量 d τ-在dt 时间内电磁铁较以前升高的温度。

μs τdt-发散到周围介质中的热量。μ-散热系数。S-散热面积。 τ-电磁铁超过周围介质的温度。

当输入功率=发散的功率时Pdt=0+μs τdt=μs τdt ，即本身温度为再升高，电磁铁本身温度不再升高。这时就可计算产品的温升值τw 。当τw 小于容许温升，产品运行是可靠的。当τw 大于容许温升，产品是不可靠的。 （2）发热时间常数

发热时间常τy =发热体从τ=0 发热到温升0.632τy 时所需时间。4τ达到稳定温升。 冷却时间常数和发热时间常数基本相同。

（3） 工作制分为：长期工作制、短期工作制和重复短期工作制。

长期工作制:电器工作时间很长,一般不小于发热时间常数,工作期间，产品的温度达到或接近温升τy （产品温度不再升高）。工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度。长期工作制散热是主要的。

长期工作制电流密度可按2～4A/mm 2。

短期工作制：电器工作时间很短,一般小于发热时间常数,工作期间，产品的温度达不到温升τy 。工作停止后,产品的温度又降到周围介质温度。短期工作制CGd τ（产品本身热容）是主要的方面。

短期工作制电流密度按13～30A/mm 2。

重复短期工作制：产品工作和停止交替进行，工作时产品温度达不到温升τy ，停止时产品降不到周围介质温度。

重复短量工作制电流密度按5～12A/mm 2 14、漆包线等的耐温等级

Y：90℃A；105℃Q

E：120℃QQ QA QH B：130℃QZ 云母石棉F：155℃QZY

H：180℃

C：＞180℃QY QXY

辅助材料的耐热等级

B级聚酯薄膜

C级聚四氟乙烯薄膜

1.2 一个简单电磁铁产品的结构图

图1-4电磁铁产品结构图

1.3 电磁铁的结构形式

图1-5电磁铁的结构形式

不同型式的电磁铁适用于不同的场合，它们有不同的吸力特性。

2直流电磁铁的设计要求

1、电网压降小，工作持续时间长，绕组温升，最低作动电压、作动时间、释放电压和使用期限等。重量轻、尺寸小，并有良好的工艺性，用材少以及最少资金等要求。

2、要保证电磁铁可靠动作，在整个工作行程内，吸力均大于反力。一般电磁铁均选择衔铁释放位置为设计点,在该点应保证吸力可以克服反力而使衔铁动作。

F

吸力特性曲线

反力特性曲线

δ

图2-1电磁铁反力特性曲线

有时需根据电磁铁的动作时间来确定电磁铁的类型，对于快速执行要求可达到3～4ms，如极化继电器。对于慢速要求的可达300～500ms。为了获得慢速要求，可采用带短路环的拍合式和吸入式。

3 直流电磁铁的设计与计算

3.1 电磁铁设计点的选择

如图所示。对于一般的电磁铁，选择衔铁在释放位置的 a 点作为设计点；对于接触器中使用的电磁铁，由于主触头刚接触处反力特性有一突跳点， 该点上的电磁铁工作最为繁重，因此必须取 b 点作为设计点。

图3-1 按电磁铁的反力特性选择设计点

设计点上对应的吸力称为初始吸力，用F 0 来表示，其大小可以由已知反力 特性上对应δ0 的反力F f 0 来确定。为了使电磁铁工作可靠，往往引入一个安全系 数k 0 ，则初始吸力F 0 为：

F 0 = k 0 F f 0 （3-1）

因为N F f 200=

所以N F 28204.10=?=

安全系数k 0 为考虑计算和制造中产生的误差所加的安全裕度。k 0 的值在不 同情况下变化很大，它应根据具体情况而定，例如对某些继电器和接触器，当制 造工艺稳定时k 0 =1.35 ，而当制造工艺不稳定时k 0 = 2.4 。以下推荐一些数据作为

设计中参考：对快速电磁铁，k 0 = 3 ~ 4 ；对小功率继电器，k 0 = 2 ~ 3；对控制继 电器和电磁阀，k0 =1.5 ~ 2 ；对接触器和磁力启动器，k0 =1.2 ~ 1.5 ；对牵引电磁铁和制动电磁铁，k0 =1.1 ~ 1.2 。当电器的制造工艺稳定时，k0 取较小值，反之，应取较大值。此次设计取4.10=k

3.2选择电磁铁的结构形式

3.2.1用结构因数选择电磁铁的结构形式

按电磁铁的特性配合初选电磁铁的结构形式之后，再计算结构因数K Φ ，来检查所选结构

形式是否恰当，K Φ 按下式计算：

δ

F K =

Φ （3-2）

所以23.1310

428

3

=?=-ΦK 所以可知选择单U 形拍合式 式中 K Φ －－电磁铁的结构因数(N 0.5/cm )；

F 0 ――电磁铁设计点的吸力(N )； δ0 ――磁铁设计点的工作气隙值(cm )。

K Φ 所以称为结构因数，是因为

O F 正比于铁心直径，δ0 正比于磁通势，铁心长度也

正比于磁通势，故δ0 正比于铁心长度，K Φ 越大铁心越短粗，K Φ 越小铁心越细长，即K Φ 可以表示电磁铁的结构特点。从大量电磁铁设计资料中得知，各种不同形式的电磁铁，都有一个最适宜的K Φ 值，如表 3-1 所示，在此范围内，可以使电磁铁做单位机械功所需材料重量最小；按所计算出的K Φ 值可以从表中找出最适宜的电磁铁结构形式，再根据电磁铁的工作任务最后确定其结构形式。

表3-1 各种直流电磁铁最适宜的 K Φ 值

序号 电磁铁形式 K Φ（cm N /5.0） 序号 电磁铁形式 K Φ（cm N /5.0） 1 单U 形拍合式 8.4~84 4 装甲螺管式 12.5~50

(铁芯锥顶2α=90?)

2 单E 形直动势 >280 5 装甲螺管式 5.5~12.5

(铁芯锥顶2α=60?)

3 装甲螺管式 50~280 6 装甲螺管式 ＜0.63

3.3 直流电磁铁的初步设计

电磁铁的结构形式虽然很多，但它们的核心部分都是铁心和线圈，确定了铁心和线圈的尺寸和参数，其他尺寸就容易求得，故在直流电磁铁设计中把铁心半径 r c 、线圈高度 h 、线圈匝数 N 及线圈导线直径 d ，这四个参数作为关键参数，根据已知条件求出它们，再按比例关系求出其他尺寸。

3.3.1 决定铁心半径和极靴半径

在初步设计时，可以用麦克斯韦公式计算电磁铁的吸力，即

2

2μδS

B F x =

（3-3）

式中

F x －－电磁铁吸力(N )；

B δ――在线圈电压为下限值(85%额定电压)时的工作气隙磁通密度(T)； S ――磁极面积(m 2)；

μ0－－真空磁导率，μ0=4πх10-7

H/m 。

(1)、不带极靴的电磁铁 磁极面积 S 按下式计算：

S =πr c 2 （3-4）

式中

r c －－铁心半径(m )。

设计点吸力为 F0,即

Fx = F 0 （3-5） 将式(3-5)及式(3-4)代入式(3-3)，则

δπμ20

02B F r c =

（3-6）

查表取28.0=δB

m B F r c 4

2

720010*86.228.0*28*10*4*22--===πππμδ (2)、带极靴的电磁铁

磁极面积 S 等于极靴面积，可按下式计算：

S =πr p 2 （3-7） 式中 r p ――极靴半径(m )

设 p 为电磁铁极靴的比值系数，

c p

r r p =

， 则

r p = pr c （4-8） 选择小尺寸电磁铁，取p=1.4,所以

r p =1.4*2.86*m 4

410*004.410--=

将式(4-5)、式(4-7)和式(4-8)代入式(4-3)，得

m p B F r c 012.04.1*28.0*28*10*4*222

272200===-πππμδ

3.3.2 计算线圈磁通势

电磁铁的线圈磁通势应等于磁路各部分磁压降之和，可列出下式： f m U U IN ∑+∑+ΛΦ=

δ

δ

（3-9） 式中， IN ――线圈磁通势(A )； Φδ/Λδ――工作气隙中磁压降(A )；

ΣU m ――导磁体各部分磁压降之和(A )； ΣU f ――非工作气隙磁压降之和(A )。

在初步设计时，电磁铁的结构尺寸尚未确定，所以 ΣU m 及 ΣU f 无法确定，因此设

f m U U ∑+∑ δδ

ΛΦ=i K （3-10）

将式代入式，得

δ

δ

ΛΦ+=)

1(i K IN （3-11） K i ――根据经验统计，设计点在衔铁打开位置时，K i =0.2~0.55；设计点在主触头刚接触位置时 K i =0.55~1。

若将式(3-11)中的工作气隙磁通值 Φδ 用 B δS 代替，而 B δ 值是线圈电压为下限值时的工作气隙磁通密度，则磁通势亦为线圈电压下限值时的线圈磁通势，用1)(IN 表示，即 δ

δΛ+=S

B K IN i )

1()(1 （3-12） 而 0

0δμδS

=

Λ 将式代入式，得取4.0=i k A B K IN i 4.124810

410428.0)4.01()

1()(7

3

1=???+=+=--πμδδ 若要求在线圈额定电压下的线圈磁通势(IN)2，可按下式计算： A IN U U IN N 7.14684.12485

.93110)()(112=?==

V

U U N 5.93%851==

式中 U N －－线圈额定电压(V )；

(IN)2－－线圈额定电压下的线圈磁势(A )； 1U ――线圈电压下限值(V )，一般 U 1=85%U N ；

(IN)1――线圈电压下限值时的线圈磁通势(A )。

3.3.3 计算线圈高度及厚度

在反复短期工作制时，电磁铁的线圈温升C w ?=60τ 式中 )]/([2K m W K T 数线圈外表面综合散热系--

）下的温升（线圈在反复短时工作制K W --τ

短时工作制线圈高度的计算公式，即

W

C T ic p nr K n K k K IN n h τρβ)21(2))(1(222

+++=

（3-13）

125

.08

.01

%1t )()(211222===+=----TD t t K K A IN P P 功率过载系数。反复短时工作制线圈的；定电压下的磁动势反复短时工作制线圈额

式中 --1t ）时间（一个工作周期中的通电s

--2t 一个工作周期中的通电时间（s ） TD(%)---通电持续率。

--βk 线圈内表面综合散热系数2T K 与线圈外表面综合散热系数1T K 之比值。βK 可按以下

经验数据选取：对于用导热性不好的绝缘材料做骨架的线圈，0=βK ；无骨架线圈，其内表面散热能力与外表面散热能力比较接近时，05.1~75.0=βK ；绕在金属套上的线圈，内表面散热效果好，75.1~564.1=βK ；直接绕在铁心上的线圈，因为线圈和铁心紧密接触，大部分的热量从内表面传到散出，45.2~1.2=βK 。 本设计中取6.1=βK

T K 按照表选取为11.8

n --线圈比值系数，选择小尺寸电磁铁，8.0~5.0=n ，本文中选择0.6

所以 m h 05726.060

012.06.0)6.16.021(8.115.028

.07.14686.1103.228=???+?+???????=

-

在铁心半径c r 已经确定的情况下，线圈厚度Δ为

m nr c 0144.0012.06.022=??==? 环境温度

C ?=400θ，ρ可按照表选取，发热温度0θτθ+=w

查表可知)/(8.112

K m W K T =

3.3.4计算线圈导线直径及匝数

直流电压线圈，线圈的电路方程 ()IN d

r d

N l I

IR U c pj 22244?+===ρπρ （3-14） 将上式移项得

()m IN U

r d c 481017.24.12485

.93)

0144.0024.0(103.2424--?=+???=

?+=

ρ 式中 U――线圈的电压(V )；

IN――线圈的磁通势(A )，与线圈电压相对应的磁通势，若 U =U 1，则

IN =(IN )1。

线圈导线直径求出后，可利用线圈填充系数的公式，推导出计算线圈匝数的公式，即

?

=

h d ic N

k 2

4

π

（3-15）

上式移项得 匝11153)1017.2(0144.005726.05.0442

42=?????=?=

-ππd h k N ic 3.4 计算极靴、衔铁和铁轭的尺寸

(1）、极靴尺寸

极靴半径可以由选定的极靴半径比值系数 p 。极靴高度 h p 的大小与 r c 及 r p 有关，在极靴内部，取半径为 r c 的圆柱面，设通过这一圆柱面的磁通密度不超过铁心的磁通密度，可得极靴高度 h p 的计算 ])1

(1[22p

r h c p ->= （3-16） (2）、衔铁尺寸

通常取衔铁的宽度 b x 和铁轭的宽度 b e 相等，并等于或大于线圈外径 D c2，b x 可按下式计算：

b x = b e = D

c 2 + 2?c 2 = 2 (r c +?+ 2?c 1 )+ 2?c 2 (3-17) 式中

?c1――线圈内圆与铁心间间隙(m ) ?c2――为保护线圈而增加的尺寸(m ) 一般取 ?c1=(0.5~1)×10-3m ，?c2=(0~5)×10-3m 。 本文中取m 103107.03-231?=??=?-c c m ，

衔铁的截面积可以取得比铁心截面积小，因为拍合式电磁铁的漏磁通不经过衔铁，因此衔铁面积 S x 可按下式计算；

()241071.28.0~5.02m r S c X -?==π （3-18） 则衔铁厚度可按下式计算：

()m b r b S a X c X X X 44

2

10*07.400602

.010*71.28.0~5.0--====π

（3-19）

衔铁的长度 lx 应按照在衔铁打开位置，能使工作气隙的边缘磁通进入衔铁所需的长度来确定。 （3） 铁轭尺寸

铁轭的截面积一般大于铁心截面积，以使铁轭的磁通密度低于铁心，达到减 小线圈磁通势的目的，故铁轭截面积 Se 可按下式计算：

()2421078.62~2.1m r S c e -?==π （3-20）

则铁轭厚度可按下式计算：

m b S a e e e 44

1062.1120602

.01078.6--?=?== （3-21） m c 33105-?≥?

(4）、铁心长度

铁心长度主要决定于线圈高度 h.,可按下式计算：

m h l f c c 05901.01025.010205726.023

3

14=?-?+=-?+=--δ （3-22）

式中 ?c4――绝缘垫圈厚度(m)，一般取 ?c4=(0~3)×10-3 m ，本文取为m 3101-?由线圈绝缘及固定方式决定；

δf1――极靴与铁心间非磁性垫片厚度(m)，δf1=(0.2~0.3)×10-3 m ，本文取m 31025.0-?

3.5 电磁铁草图

图3-2 电磁铁草图

4 电磁铁性能验算

通过上述初步设计计算，大体确定了磁系统的尺寸和线圈数据，绘制工作气隙值为 δ0时的电磁铁结构草图以后，即可进行详细的验算。验算的主要项目有：吸力特性计算；线圈温升计算；经济指标（质量，价格）的计算等。 （1）计算线圈电阻 R θ

()()()

Ω

=*?++???=

?+=

?+=

--2.8671017.211153

]0144.0)0007.0012.0(2[103.2444

2

482

121d N

D d N D R C C θθρππρθ （4-1）

式中 R θ――在给定温升下的热电阻(?)； ρθ――在给定温升下的导线电阻率(?·m)； Dc1――线圈内经(m)，Dc1=2(r c +?c 1)； ?――线圈厚度(m)； N ――线圈匝数； d ――导线直径(m)。 （2）验算线圈温升τw

用牛顿公式验算，线圈结构尺寸已经确定，故线圈散热面积 S 可按下式计算：

2

31210*04.1705726.0)0007.0012.0(26.105726.0)0007.00144.0012.0(2m h

D K h D S C C -?=?+?+?++?=+=ππππβ （4-2） 线圈发热功率 Φ 可按下式计算：

W R U N 95.132

.867110'2

2

===Φθ ， W k p 16.11'2=Φ=Φ （4-3）

线圈外表面散热系数 KT ，则反复短时工作制的线圈稳定温升τw 可按下式计算：

C S K T w ?=??=Φ=

-5.551004.178.1116

.113

τ （4-4） 验算得出的线圈温升应低于线圈绝缘材料耐热等级的极限允许温升，并留有适当的温升裕度，则线圈温升合格；否则即为线圈温升不合格，应修改电磁铁结构尺寸及线圈参数，然后再进行验算，直到温升合格，再进行下一步验算。验算线圈磁通势在线圈电

《电磁铁》教学设计

《电磁铁》教学设计 《电磁铁》教学设计 一、教学目标： 1、科学概念： 电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的基本性质； 改变电池正负极的连接方法或改变线圈缠绕的方向会改变电磁铁的`南北极。 2、过程与方法： 制作铁钉电磁铁； 做研究电磁铁南北极的实验。 3、情感、态度、价值观： 养成认真细致、合作研究的品质。 二、教学准备 1、学生：每组1号电池2节，铁钉2根，单股网线2根，小铁钉若干、指南针2只 2、教师：电脑课件、大指南针等 三、教学流程： （一）复习导入 1、学生谈学习了《电和磁》一课的收获。 2、提出任务：利用前一课所学知识设计一个装置吸引小铁钉。 （二）制作电磁铁

1、学生说方法并演示把导线绕到铁钉上。 2、出示课件并提出要求：朝一个方向均匀绕导线，两端打结固 定（示范方法） 3、取材料，比一比哪些组绕得又快又好！ 4、用绕好的装置吸小铁钉，发现不能将铁钉吸起来。 5、领取电池实验并交流发现。（提醒：由于导线较短，只能接 触很短一段时间。） 6、归纳：接通电流产生磁性，断开电流磁性消失。 7、请学生给这样一个装置命名，引出“电磁铁”概念及其组成。 8、引导学生思考电磁铁有没有南北极。 （三）铁钉电磁铁的南北极 1、学生猜测电磁铁有无南北极并请说说如何判断。 2、学生交流方法、补充。（如果学生没有补充完整则设问：钉 尖如果和指 南针南极吸引是不是一定能证明这端是北极） 3、学生领取指南针实验并记录。 4、各组依次反馈汇总，确定电磁铁有南北极并引发新的探究问题——电磁铁的南北极跟什么因素有关？ 5、分组研究是否真的和这些因素有关。 6、交流实验结果。 7、小组讨论实验结果不一致的原因。 8、再次实验验证（控制条件）。 9、形成研究结论：电磁铁有南北极，电磁铁南北极跟电池正负 极连接方法或线圈缠绕方向都有关。

小学六年级科学电磁铁教学设计

小学六年级科学《电磁铁》教学设计 教学目标： 1、科学概念：电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的基本性质；改变电池正负极的连接方法或改变线圈缠绕的方向会改变电磁铁的南北极。 2、过程与方法：制作铁钉电磁铁；做研究电磁铁南北极的实验。 3、情感、态度、价值观：养成认真细致、合作研究的品质。 教学过程： 一、游戏导入 1、师：上课前，我们一起先来做个小游戏。（出示两个盒子，一个盒子中装有回行针），知道回形针什么做的吗？(铁) 师：有什么办法把回形针从盒子里杯转移到另一个盒子？要求：整个过程手不能直接接触回形针。（用磁铁） 师：好，你来示范一下。 2、学生示范，（出现问题，回形针磁铁被了上来，但无法取下） 3、师：看来磁铁虽能吸铁，但这一次还是不行，那想想看，还有什么好方法？今天老师还带来了一个特殊的装置，老师让它吸回形针，它就吸；让它放，它就放。想不想见识一下？ 师演示电磁铁，吸、放回形针。（同时提醒学生注意观察，在什么时候吸回形针，什么时候放回形针。） 师：给它通电就能当磁铁用，真是奇怪！同学们想试试吗？ 二、制作电磁铁、认识电磁铁构造 1、制作电磁铁 师：下面我们就利用课前准备的材料进行以下实验：把导线按照一个方向均匀地缠在铁钉上（演示）通上电，去吸引大头针。在做的过程中把这个装置通电、断电反复几次，观察会出现什么现象。并记住你的装置吸起了几根大头针。大家在具体实验前请先想想怎样做？ 在实验中要分好工，谁来实验操作，谁来记录实验现象，谁来数大头针。记录员要及时把数据记录在表中。在实验时还要注意：因为我们实验时用的导线比较短，

所以通电时间不能太长。否则，电池不但会发热，还会损坏。学生制作，吸引大头针。作好实验记录。 师：停！收拾好自己的材料看哪个小组做的最快。（学生收拾材料） 学生回答刚才的实验记录。依据系列数据分析得出实验结果。说说依据实验装置的功能给实验装置命名的想法（缠绕在铁钉上的导线通电后磁化铁钉使铁钉产生磁性）。 2、认识电磁铁构造 师：铁钉在电磁铁中叫做铁芯，（板书：铁芯）铁芯还可以是铁棒等其它铁性材料。导线在电磁铁中是什么样的？（一圈一圈的。） 师：那一圈一圈的导线在电磁铁中叫做线圈（板书：线圈）。电磁铁就是由铁芯和线圈两部分组成的。 三、研究铁钉电磁铁的南北极。 ⑴研究铁钉电磁铁有没有南北极。 1、提出问题 师：磁铁有南北极，铁钉电磁铁有南北极吗？ （铁钉电磁铁也有南北极。） 生：回答老师提出的问题。 2、猜想 师：你怎么知道铁钉电磁铁也有南北极？ （因为磁铁与铁钉电磁铁有共同的地方：都能把大头针吸起来。） 生：回答老师提出的问题。 3、学生分组实验。 师：不管怎么说，铁钉电磁铁有没有南北极需要实验验证。 学生用电磁铁铁钉钉尖分别靠近指南针的两个极进行测试。 师：把这个验证实验做两遍，这样得出的结论就更科学，你们也才越来越像科学家了！ 4、各个小组汇报自己的实验结果。 5、得出结论：电磁铁也有南北极；各个小组的铁钉电磁铁的钉尖的极性是不同的。

电磁铁设计

直流电磁铁设计 共26 页 编写： 校对：

直流电磁铁设计 电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。合理的电磁铁结构是能量变换效率提高的保证。电磁铁设计的任务是合理的确定电磁铁的各种结构参数。确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的任务，下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法。电磁铁吸合过程是一个动态过程,设计是以静态进行计算. 一、基本公式和一般概念 1、均匀磁场B= S Φ（T ） 2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A ） 3、磁场强度H= L NI （A/m ），建立了电流和磁场的关系。 该公式适用于粗细均匀的磁路 4、磁导率μ= H B 建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。 μ0=4π×10-7享/米 相对磁导率μr =0 μμ 5、 磁通Φ= M R NI 磁阻R M = s l μ 这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率μ不是常数，使用磁阻计算磁路并不方便，磁阻计算一般只用于定性。

6、磁感应强度的定义式B=qv F ，磁感应强度与力的关系。 7、真空中无限长螺线管B=μ0nI 。对于长螺线管，端面处的 B=21 μ0nI 。 面积Ⅰ为断电后剩留的能量，面积Ⅱ为作功前电磁铁储存的能量，面积Ⅲ为电磁铁作的功。

我们的目的是使Ⅰ和Ⅱ的面积最小，Ⅲ的面积最大。 面积Ⅰ表示电磁铁作完功后的剩磁，（1）减小面积Ⅰ可用矫顽力小的电铁。（2）提高制造精度，使吸合后气隙最小，但要防止衔铁粘住。 面积Ⅱ表示作功前所储存的能量，在衔铁位置一定时，取决于漏磁通，漏磁通大，面积Ⅱ就大。 9、机械效率 A K1= A A：输出的有效功 A0：电磁铁可能完成的最大功。 10、重量经济性系数 G K2= A G=电磁铁重量。 A0：电磁铁可能完成的最大功。 K2不仅取决于磁效率和机械效率，而且还取决于磁性材料的正确利用，电磁铁的类型和主要外形尺寸之间保持合理的比例关系。11、结构系数Kυ 每一类型的电磁铁，都有一定的吸力和行程。按最优设计方法设计的电磁铁重量最轻。一般来说，长行程的电磁铁比短行积的电磁铁长，吸力大的电磁铁比吸力小的电磁铁外径大。 为了按最小材料消耗率比较电磁铁，引入结构系数K J这个判据。

电磁铁教学设计

指导教师： 教材：教科版六年级上册《能量》单元 一、 教材分析 电磁铁是利用电流的磁效应使铁芯磁化而产生磁力的装置。 它结构简单、制 作容易、呈现的现象有趣，可以开展适合学生水平的多种研究。 本课由两大活动组成： 1、 制作铁钉电磁铁。学生通过自己在铁钉上绕线圈做铁钉电磁铁，反复几 次接通电流、断开电流，发现电磁铁的基本性质。 2、 研究铁钉电磁铁的南北极。发现通电的电磁铁具有磁性后，会引发对“铁 钉有没有南北极”的思考。学生所有已知解决这个问题的过程中会发现新的问题 ――各小组钉尖、钉头的南北极并不是都一样。引出了研究电磁铁南北极与哪些 因素有关的问题。 二、 教学设计 （一）教学目标 1 . 科学概念 电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的基本性质。 改变电池正负极接法，改变线圈绕线的方向，会改变电磁铁的南北极。 2. 过程与方法 制作铁钉电磁铁。 做研究电磁铁的南北极的实验。 3. 情感、态度、价值观 养成认真细致、合作进行探究的品质。 （二）教学重点、难点 重点：发现电磁铁的基本性质，发现电磁铁具有南北极并可改变的特点。 难点：探究电磁铁南北极发生变化与哪些因素有关。 （三）教学准备 教师准备：电路装置1个（底部为KT 板，上面装有电池盒、按压开关和连 接导线）演示指南针1个、指南针和电磁铁相互作用示意图4幅、铁钉及电磁铁 各1个、指导课件1个。 为每组学生准备：多股绝缘胶线、1个铁钉和指南针、若干图钉、活动记录 表及电路装置（和教师演示一致）各 1份。 （四）教学过程与设计意图 授课教师: 《电磁铁》教学设计 任教学校：

7 ?学生分组研究并记录，教师巡视。 &交流研究现象和结果。 （关注点：交流的小组要展示他们的研究报告一一基于现象的观察做出解释。每一个因素对于电磁铁磁极是否有影响，要得到所有研究者的认同，即要问一问其他学生是否同意他们的结论。） 小结并板书：改变电池的正负极接入方向，改变线圈缠绕的方向，会改变电磁铁的南北极。 延伸。 在整个电磁铁的探究过程，我们还有别的什么发现吗? 板书设计 电磁铁基本性质： 通电产生磁性 断电磁性消失确保研究结果的准确性。 5?观察各组的数据，发现了什么？ 可能什么原因造成了电磁铁南北极方向的不一致？ （让几个组展示各自的装置进行比较，合理的进行推测）6?我们的猜测是否正确？怎样证明？ （关注点：每次只改变一个因素；多次实验，及时记录。） 借助表格帮助学生整理研究过程，同时又起到了示范填写的作用。 科学研究讲究可重复性，在多组多次的重复研究中均证实，结论的可靠性越高。 引向电磁铁磁力大小的研究，与 课3建立结构。 3 ?学生动手操作，借助小磁针开展研究。 4.按小组顺序汇报本组电磁铁南北极情况。

交流电磁铁课程设计

课程设计任务书 课程名称：电器课程设计题目：交流电磁铁的设计 专业班级： 学生姓名：学号： 指导老师： 审批： 任务书下达日期：2012年月日设计完成日期：2012年月日

目录 第一章手工计算 (1) 1.1 反力特性计算 (1) 1.1.1 电磁铁工作气隙计算 (1) 1.1.2 各部分反力计算 (1) 1.1.3 衔铁各位置反力计算 (2) 1.2 选择电磁铁结构形式并确定设计点 (5) 1.3 电磁铁的初步设计 (6) 1.3.1 确定铁芯尺寸 (6) 1.3.2 计算线圈的匝数 (6) 1.3.3 初算线圈磁势 (6) 1.3.4 计算线圈的尺寸 (7) 1.3.5 分磁环设计 (7) 1.3.6 确定其它结构尺寸 (8) 1.4 性能验算 (10) 1.4.1 线圈电阻 (10) 1.4.2 计算衔铁闭合位置工作气隙磁通 (10) 1.4.3 计算衔铁闭合位置线圈电流 (11) 1.4.4 计算线圈温升 (13) 1.4.5 计算衔铁在设计点的气隙磁通 (13) 1.4.6 计算线圈感抗 (14) 1.4.7 计算线圈电流 (14) 1.4.8 计算线圈反电动势 (15) 1.4.9 计算工作气隙磁通 (15) 1.4.10 计算平均吸力 (15)

1.4.11 计算衔铁闭合位置最小吸力 (15) 1.5 计算电磁铁材料重量及经济重量 (17) 第二章计算机优化设计 (18) 2.1 准备 (18) 2.2计算机优化设计步骤 (18) 2.3计算机优化设计结果 (19) 2.4 反力特性和吸力特性曲线 (21) 第三章制图 (21) 3.1 制图要求 (21) 3.2 电磁铁总装配图 (21) 结语 (22) 附录电磁铁总装配图 (23) 参考文献 (24) 电器课程设计评分表 (25)

电磁铁的设计计算

电磁铁的设计计算 1原始数据 YDF-42 电磁铁为直流电磁铁工作制式为长期根据产品技术条件已知电磁铁的工作参数 额定工作电压UH=24V 额定工作电压时的工作电流IH ≤1A 2 测试数据 测试参数工作行程δ=1mm 吸力F=7.5kg 电阻R=3.5Ω 4 设计程序 根据已测绘出的基本尺寸通过理论计算确定线圈的主要参数并验算校核所设计出的电磁铁性能 4.1 确定衔铁直径dc 电磁铁衔铁的工作行程比较小因此电磁吸力计算时只需考虑表面力的作用已知工作行程δ=1mm 时的吸合力F=7.5kg 则电磁铁的结构因数 K = F／δ7.5／0.1=27 (1) 电磁铁的结构形式应为平面柱挡板中心管式 根据结构因数查参考资料，可得磁感应强度BP=10000 高斯 当线圈长度比衔铁行程大的多时,可以不考虑螺管力的作用,认为全部吸力都由表面力产生由吸力公式 F= （Bp/5000）2×Π／4×dc2 (2) 式中Bp磁感应强度(高斯) dc 活动铁心直径(毫米) 可以求得衔铁直径为 dc= 5800×F Bp = 5800×7.510000 =1.59cm=15.9mm 取dc=16 mm 4.2 确定外壳内径D2 在螺管式电磁铁产品中它的内径D2与铁心直径dc之比值n 约为2~ 3 ,选取n=2.7 D2=n ×dc=2.76×16=28.16 毫米(3) 式中D2 外壳内径毫米 4.3 确定线圈厚度 bk= D2?dc 2 ?Δ(4) 式中bk -----线圈厚度毫米 Δ------线圈骨架及绝缘厚度毫米今取Δ=1.7 毫米 bk= 28.16?16 2 ?1.7 =4.38毫米 今取bk=5 毫米 4.4 确定线圈长度 线圈的高度lk与厚度bk比值为β,则线圈高度

《电磁铁的磁力(一)》教学设计

教科版第十一册第三单元第三课 《电磁铁的磁力（一)》教学设计 执教老师：锦峰实验学校杜清花 指导老师：锦峰实验学校卢雪蓉 邱惠婵 一、教材分析 《电磁铁的磁力》是教科版六年级上册《能量》单元第3课。对学生来说他们已经知道电磁铁的组成，并亲自验证了电磁铁的性质，本节课是让学生在原有的知识经验上，根据电磁铁的磁力大小与其结构有明显的联系，进行影响磁力大小因素的猜测与探究实验，这一课的重点是设计并完成对比实验——电磁铁磁力与线圈圈数多少关系用实验数据验证自己的假设——线圈圈数多电磁铁磁力大圈数少磁力小。通过对电磁铁磁力的研究，让学生经历一个完整的科学探究过程，通过这个探究活动来培养学生严谨的科学态度，自主合作的探究能力。同学们都希望做一个磁力很大的电磁铁，电磁铁的磁力大小与其结构有明显的联系，所以用实验寻找影响磁力大小的因素，适合学生心理需要和认知水平。本单元设计用两课时间让学生经历一个完整的过程。本课有两个活动： 1．作出我们的假设。在这一步骤中，要学生寻找所有影响电磁铁磁力大小的可能因素。并推测什么因素可能是影响最大的因素。 2．设计实验，检验假设。本节课安排全班共同检验一个假设：磁力大小与线圈圈数有关系。过程分为制定计划、交流计划、实施计划，重点思考如何在对比试验中控制条件的问题。扎扎实实经历这个过程不单是检验这个假设的需要，也为下节课学生更独立的检验其他假设打下基础。 二、学情分析 对比实验强调的是对变量的控制，早在四、五年级时学生就已接触过对比实验，学生对对比实验的设计方法也已基本掌握，因此本课指导设计对比实验的重点不是一步一步具体指导而是在学生自己设计的基础上引导学生考虑得更周密、更科学、更细致，从而使取得的数据更科学，更有说服力。六年级的学生已经具有一定的科学探究能力，由于本课的教学是在前两课的基础上进行教学的，对学生来说他们已经知道电磁铁的组成并且亲自验证了电磁铁的性质。所以本课教

电磁铁教案

电磁铁教案 教学目标： 1、知道什么是电磁铁。 2、能够做一个电磁铁并能发现电磁铁与永久磁铁的异同点。 3、能通过探究实验，概括出电磁铁磁力大小与电池的数量、线圈的匝数有关。 教学重点难点： 重点：认识电磁铁的基本性质。 难点：探究影响电磁铁磁力大小的因素。 教学准备：电池、导线、铁钉、大头针、实验记录表 教学过程： 一、揭示课题 师：同学们，看（举起磁铁）还认识吗？它能干什么？（吸铁）演示吸桌上的回形针。 师：同学们，今天老师还带来了一个特殊的装置。老师让它吸大头针，它就吸；让它放，它就放。想不想见识一下？ 师演示电磁铁，吸、放大头针。（同时提醒学生注意观察，在什么时候吸大头针，什么时候放大头针。） 师：给它通电就能当磁铁用，真是奇怪！这个奇怪的家伙还没有名字呢？你能根据它的特点给它起个名字吗？（电磁铁）我们的科学家给它起的名字也叫电磁铁。 二、自制“电磁铁”——提出问题 1、师：小科学家们，想自已做一个电磁铁吗？ 2、教师介绍制作方法。 3、学生动手绕制电磁铁。 4、学生完成电磁铁后，测测能吸多少根大头针？

5、学生汇报吸回形针的个数。 6、（老师随机板书个数）怎么会有的吸的多，有的吸的少呢？ 三、作出猜测 师：那么电磁铁磁力大小与哪些因素有关呢？ 学生讨论，作出猜测。学生可能猜测：（1）线圈匝数；（2）电池节数；（3）导线粗细；（4）铁芯的粗细；（5）导线的长短……（师相机板书） 四、制订研究方案 1、过渡：要想验证我们的猜测，还得怎么办？（做实验）老师告诉你们，这个实验可难做了。稍有不注意，结果就会不准确。你们有信心做好吗？（学生齐声“有”） 2、那老师可得考考你们。选择一个因素让学生讨论研究方案。 3、汇报、讨论方案。师生提出补充修改意见。各组完善自己的方案。 五、实验操作 出示实验要求： （1）小组成员之间要互相合作，互相帮助； （2）认真研究发现问题并及时记录； （3）注意研究，结束或暂时停止时，要把电路断开。 学生选择材料实验。（教师参与小组活动并适时指导，注意普遍性） 六、汇报交流 1、小组代表上台汇报。（实物展示记录结果） 2、教师根据汇报相机板书。并总结出影响电磁铁磁力大小的原因。 七、拓展延伸 由于课堂时间有限，还有许多因素没有去研究，课后运用我们今天的探究方法，进一步研究我们所提出的其它的问题以及电磁铁的有关知识。

电磁铁设计计算书

电磁铁设计计算书 河北科技大学电气工程学院 张刚 电磁铁设计中有许多计算方法，但有许多计算原理表达的不够清晰，本人参照“电 磁铁设计手册”一书，对相关内容进行了整理补充，完成了一个直流110V 拍合式电磁铁的计算。 设计一个拍合式电磁铁，它的额定工作行程为4mm ，该行程时的电磁吸力为0.8公 斤，用在电压110V 直流电路上，线圈容许温升为65℃。 1) 初步设计 第一步：计算极靴直径 电磁铁的结构因数为： 0.8 2.2F K φδ = = ≈ 查空气气隙磁感应强度与结构因数的经济表格，如下图所示： 从图中可查得，气隙磁感应强度最好取为p B =2000Gs 。 极靴的表面积为： 2 2 2500050000.852000n p S F cm B ????==?= ? ? ????? 极靴直径为： 445 2.52 3.14 n n S d cm π ?= = = 取n d =2.5cm ，则2 4.9n S cm =。磁感应强度p B 增加为2040Gs 。 第二步，计算铁芯直径 材料采用低碳钢，其磁感应强度取cm B =11000Gs ，漏磁系数σ取2，则：

222040 4.9 1.1811000 p n cm cm B S S cm B σ??= = = 铁芯直径为： 1.52c d cm = = = 取 1.5c d cm =，则2 1.77cm S cm = 第三步，计算线圈磁动势 线圈的磁动势NI 为工作气隙磁动势、铁芯磁动势和非工作气隙磁动势的和，记 为： ()()()cm n NI NI NI NI δ=++ 计算中，可取： ()()()cm n NI NI a NI += 这里a=0.15~0.3,也就是铁芯磁动势和非工作气隙磁动势的和约占总磁动势的 15%~30%。 因此，线圈的磁动势应为： ()()() 42 7 102040100.4109321141010.3p p B B NI a a δ μδμπ---????==?=≈--?-安匝 系统一般要求电压降到85%U n 时仍能正常工作，在额定电压U n 下的磁动势为： ()1 10950.85 NI NI = =安匝 计算温升时，一般取额定电压U n 的1.05~1.1倍，此时的磁动势为： ()2 1.051150NI NI =?=安匝 第四步,计算线圈尺寸 1)推导计算线圈厚度公式 线圈的温升公式为： m P S θμ= ? 这里： θ：温升，单位℃； P ：功率，单位W ； m μ：线圈的散热系数，单位2/W cm ?℃；

《神奇的电磁铁》教学设计

以学定教，让探究活动更精彩 ——《神奇的电磁铁》教学设计 东城三小袁锦培 【教学内容】 义务教育课程标准实验教科书粤教版科学五年级上册P61－64。 【教材分析】 《神奇的电磁铁》是义务教育课程标准实验教科书五年级上册科学书中第十一课的内容。本课主要内容是让学生知道电能产生磁，以及电磁铁与磁铁的异同，电磁铁磁性的大小受哪些因素的影响。本课安排了两个学生实验：一是制作电磁铁；二是探究影响电磁铁磁性大小的因素。教材编排十分注重学生的科学探究能力培养和良好的情感态度的形成。其主要目的是使学生认识到科学就在我们身边，要善于发现、大胆猜测、勤于思考、勇于探索；使学生认识到在自然发生的条件下的观察，是发现科学原理的前提。从而对科学形成良好的情感态度。而意在于培养学生对科学的良好情感态度及科学探究的能力，使学生懂得科学研究是从问题开始的。 【学情分析】 “电磁铁”在学生的生活中应用非常广泛，身边可以找到许多实例。但是对于大部分学生来说，在身边的哪些电器应用了电磁铁了解的非常不够，因为学生根本不懂得什么是电磁铁。小学五年级的学生科学知识积累不多，特别是实验的机会比少、动手能力差，在教学过程中应重视探究性的学习方式，应教会他们的初步的实验探究的方法和步骤。小学生正处在生长发育阶段，好奇心比较强，凡事都想知道为什么。因此，在课前安排恰到好处的提问来吸引学生的注意力，提高学生学习科学的兴趣和积极性，由于本课内容较多，学生的年龄还小，大脑的兴奋性易疲劳，注意力时间比较短，因此在教学设计和教学活动中要不断变换教学方式给予刺激。 【设计理念】 1、以教师为主导，引导学生开展小组探究性合作学习，在合作中获取知识、技能，感情团队协作精神。 2、以学生为主体，引导学生经历“猜想——验证——结论”过程，帮助学生树立正确的科学结论观。 3、以实验为载体，借助简洁实验记录，有效提炼实验结论，培养学生的高级思维认知能

电磁铁设计

电磁铁设计

直流电磁铁设计

直流电磁铁设计 电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。合理的电磁铁结构是能量变换效率提高的保证。电磁铁设计的任务是合理的确定电磁铁的各种结构参数。确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的任务，下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法。电磁铁吸合过程是一个动态过程,设计是以静态进行计算. 一、基本公式和一般概念 1、均匀磁场B= S Φ （T ） 2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A ） 3、磁场强度H= L NI （A/m ），建立了电流和磁场的关系。 该公式适用于粗细均匀的磁路 4、磁导率μ= H B 建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。 μ0=4π×10-7享/米 相对磁导率μr =0 μμ 5、 磁通Φ= M R NI 磁阻R M = s l μ 这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率μ不是常数，使用磁阻计算磁路并不方便，磁阻计算一般只用于定性。

6、磁感应强度的定义式B= qv F ，磁感应强度与力的关系。 7、真空中无限长螺线管B=μ0nI 。对于长螺线管，端面处的 B=2 1μ0nI 。 面积Ⅰ为断电后剩留的能量，面积Ⅱ为作功前电磁铁储存的能量，面积Ⅲ为电磁铁作的功。

我们的目的是使Ⅰ和Ⅱ的面积最小，Ⅲ的面积最大。 面积Ⅰ表示电磁铁作完功后的剩磁，（1）减小面积Ⅰ可用矫顽力小的电铁。（2）提高制造精度，使吸合后气隙最小，但要防止衔铁粘住。 面积Ⅱ表示作功前所储存的能量，在衔铁位置一定时，取决于漏磁通，漏磁通大，面积Ⅱ就大。 9、机械效率 A K1= A A：输出的有效功 A0：电磁铁可能完成的最大功。 10、重量经济性系数 G K2= A G=电磁铁重量。 A0：电磁铁可能完成的最大功。 K2不仅取决于磁效率和机械效率，而且还取决于磁性材料的正确利用，电磁铁的类型和主要外形尺寸之间保持合理的比例关系。11、结构系数Kφ 每一类型的电磁铁，都有一定的吸力和行程。按最优设计方法设计的电磁铁重量最轻。一般来说，长行程的电磁铁比短行积的电磁铁长，吸力大的电磁铁比吸力小的电磁铁外径大。 为了按最小材料消耗率比较电磁铁，引入结构系数K J这个判据。

《电磁铁及其应用》教学设计

《电磁铁及其应用》教学设计 一、教学目标 （一）知识与技能 1．能描述电磁铁，说明电磁铁的工作原理。 2．通过实验探究知道电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数的关系。 3．能说明电磁继电器的结构及工作原理，了解电磁继电器在生产、生活中的应用。 （二）过程与方法 通过阅读说明书和观察电磁继电器，知道如何使用电磁继电器，会说明电磁继电器在实际电路中的工作过程。 （三）情感态度和价值观 通过认识电磁铁的实际应用，加强物理与生活的联系，提高学习物理的兴趣。 二、教学重难点 本节内容是“电生磁”知识的延续与应用，简单讲电磁铁就是带有铁芯的通电螺线管，利用铁芯使磁性增强。电磁铁在实际中应用广泛，如本节中的涉及的电磁继电器、电铃和自动控制电路等，所以本节重点是研究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关，既是为后面的应用服务，也体验了实验探究的过程，强化利用实验得出结论的能力。电磁铁与永磁体相比具有磁性可控、磁极可控的优点，电磁继电器利用了电磁铁磁性的有无可以利用电流的有无来控制这一特点。通过对电磁继电器工作原理的了解，掌握利用低压控制高压、弱电流控制强电流的方法。虽然电磁继电器在很多用电器中有广泛应用，但学生独立接触电磁继电器的机会较小，很难单独来研究它的工作过程，所以利用挂图、模型等了解电磁继电器的工作原理及其应用是本节教学的难点。 重点：实验研究电磁铁磁性强弱与哪些因素有关。 难点：电磁继电器的工作原理及其应用。 三、教学策略 电磁铁的学习可以从通电螺线管开始，因为电能生磁，但通电螺线管的磁性很弱，在实际中应用较少，通过实验使学生认识到在螺线管中插入铁芯的方法可以增强磁性，从而提出研究电磁铁的意义。对比电磁铁与磁铁的优缺点，得出电磁铁的磁性可以利用电流来控制，不仅可以控制磁性的有无，还可以控制磁极、磁性的强弱等，继而提出电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关的探究问题。在实验中利用学生的分组实验，绕制电磁铁进行实验，要利用到转化的物理方法、控制变量的思想等，既培养了学生的实验方法，又提高了学生动手能力。通过实验得出电磁铁的磁性强弱与电流大小、线圈匝数等因素有关；电磁铁的磁极与电流的方向有关。电磁继电器在实际应用中虽非常广泛，但学生直接接触的比较少，比较陌生，可以从图片、视频等入手，使学生对电磁继电器有初步印象，它可以用于控制电路中，相当于一个开关，只是利用低压控制高压、弱电流控制强电流，所以电磁继电器使用中大多要用到

电磁铁教学设计3 人教版(优秀教案)

《电磁铁》教学设计 教材分析： 学生的知识基础是三年级“磁铁”以及上一课时“电和磁”相关知识。电磁铁是利用电流的磁效应使铁芯磁化而产生磁力的装置。电磁铁是电生磁的最直接应用，电磁铁结构简单、制作容易、呈现的现象有趣，可以开展适合学生水平的多种研究。 科学概念 、电磁铁具有接通电流产生磁性,断开电流磁性消失的基本性质。 、改变通过电磁铁中的电流方向(电池的正负极连接和线圈绕线方向)会改变电磁铁的南北极。 过程与方法: 制作铁钉电磁铁 做研究电磁铁的南北极的实验 情感、态度、价值观： 养成认真细致、合作进行研究的品质。 教学重点： 制作铁钉电磁铁；改变电池正负极接法或改变线圈缠绕的方向会改变电磁铁的南北极。 教学难点： 控制一定变量，做研究电磁铁南北极的实验，通过分析推理，帮助学生建立“改变电池正负极的连接方法或改变线圈缠绕的方向会改变电磁铁的南北极”这一科学概念。 教学准备： 、为小组准备：多股绝缘胶线、大头针、大铁钉、指南针等 、教师演示：号电池一节，线圈一个，指南针一只，大头针若干根，磁铁一块，电脑课件等。 教学过程：

一、导入 实物磁铁出示：这是什么？（磁铁）它有什么性质？（能吸铁，有南北极等）实物投影演示：磁铁吸大头钉 实物铁钉出示：这是什么？铁钉能吸铁吗？实物投影演示（不能）我现在给它化一下妆，看有什么变化？师快速绕电磁铁。（能吸大头钉了）这是为什么呢？（学生猜测电能产生磁） 你们看到的像这样由线圈和铁芯组成的装置就叫电磁铁。今天我们就来学习六上能量单元的第二课《电磁铁》板书课题。你们想研究它吗？想研究它什么？ 要想研究它，先要制作它 二、制作铁钉电磁铁 在铁钉上绕线圈。 用有绝缘皮的导线在大铁钉上沿一个方向缠绕，导线两头留出厘米左右做引线。固定导线两头，以免松开。 师边演示，边讲解：先固定一头，留厘米做引线。可以顺时针，也可以逆时针绕，排列要紧密，不重叠。 实验提示： （）朝着同一个方向绕导线。 （）要将绕在铁钉上的线圈两头固定好。 （）制作完成后，要通电试试是否制作成功。（师问：怎样证明自己的电磁铁是否具有磁性？） （）断开电源后，电磁铁还有磁性吗？为什么？（介绍磁化现象：电磁铁的铁芯是软铁，断电后磁性完全消失，我们使用的铁钉不是很软的铁，断电后有明显的剩余磁性）（）因为用的导线较短，这个电磁铁是很耗电的，不要把它长时间接在电池上。 （）活动后电磁铁不要拆。 看明白了吗？会制作了吗？请一位来试试。学生活动

电磁铁设计

一、引言 电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。合理的电磁铁结构是能量变换效率提高的保证。电磁铁设计的任务是合理的确定电磁铁的各种结构参数。确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的任务，下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法。电磁铁吸合过程是一个动态过程,设计是以静态进行计算. 电磁铁有许多优点：电磁铁磁性的有无可以用通、断电流控制；磁性的大小可以用电流的强弱或线圈的匝数来控制；也可改变电阻控制电流大小来控制磁性大小；临朐昌盛磁电它的磁极可以由改变电流的方向来控制，等等。即：磁性的强弱可以改变、磁性的有无可以控制、磁极的方向可以改变,磁性可因电流的消失而消失。 电磁铁是电流磁效应（电生磁）的一个应用，与生活联系紧密，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车、电磁流量计等。电磁铁可以分为直流电磁铁和交流电磁铁两大类型。如果按照用途来划分电磁铁，主要可分成以下五种：（1）牵引电磁铁──主要用来牵引机械装置、开启或关闭各种阀门，以执行自动控制任务。（2）起重电磁铁──用作起重装置来吊运钢锭、钢材、铁砂等铁磁性材料。（3）制动电磁铁──主要用于对电动机进行制动以达到准确停车的目的。（4）自动电器的电磁系统──如电磁继电器和接触器的电磁系统、自动开关的电磁脱扣器及操作电磁铁等。（5）其他用途的电磁铁──如磨床的电磁吸盘以及电磁振动器等。

二、基本公式和一般概念 1、均匀磁场B= S Φ （T ） 2、磁势F=NI,电流和匝数的乘积（A ） 3、磁场强度H=L NI （A/m ），建立了电流和磁场的关系。 该公式适用于粗细均匀的磁路 4、磁导率μ=H B 建立了磁场强度和磁感应强度（磁通密度）的关系。 μ0=4π×10-7享/米 相对磁导率μr = μμ 5、磁通Φ= M R NI 磁阻R M = s l μ 这称为磁路的欧姆定律，由于铁磁材料的磁导率μ不是常数，使用磁阻计算磁路并不方便，磁阻计算一般只用于定性。 6、磁感应强度的定义式B= qv F ，磁感应强度与力的关系。 7、真空中无限长螺线管B=μ0nI 。对于长螺线管，端面处的 B=2 1 μ0nI 。 8、磁效率 图1-1 电磁铁工作循环图

电器学电磁铁设计

目录 引言 (1) 1 概述 (2) 1.1 基本公式及概念 (2) 1.2 一个简单电磁铁产品的结构图 (6) 1.3 电磁铁的结构形式 (7) 2直流电磁铁的设计要求 (9) 3 直流电磁铁的设计与计算 (10) 3.1 电磁铁设计点的选择 (10) 3.2选择电磁铁的结构形式 (11) 3.2.1用结构因数选择电磁铁的结构形式 (11) 3.3 直流电磁铁的初步设计 (12) 3.3.1 决定铁心半径和极靴半径 (12) 3.3.2 计算线圈磁通势 (13) 3.3.3 计算线圈高度及厚度 (14) 3.3.4计算线圈导线直径及匝数 (16) 3.4 计算极靴、衔铁和铁轭的尺寸 (16) 3.5 电磁铁草图 (18) 4 电磁铁性能验算 (19) 5结论 (22) 心得体会 (23) 参考文献 (24)

引言 电磁铁是一种执行元件，它输入的是电能，输出的是机械能。电能和机械能的变换是通过具体的电磁铁结构来实现的。合理的电磁铁结构是能量变换效率提高的保证。电磁铁设计的任务是合理的确定电磁铁的各种结构参数。确定电磁铁的各种结构参数是一个相当复杂的任务，下面我们探讨确定电磁铁结构参数的一般方法。电磁铁吸合过程是一个动态过程,设计是以静态进行计算. 电磁铁是通电产生电磁的一种装置。在铁芯的外部缠绕与其功率相匹配的导电绕组，这种通有电流的线圈像磁铁一样具有磁性，它也叫做电磁铁。我们通常把它制成条形或蹄形状，以使铁芯更加容易磁化。另外，为了使电磁铁断电立即消磁，我们往往采用消磁较快的的软铁或硅钢材料来制做。这样的电磁铁在通电时有磁性，断电后磁就随之消失。电磁铁在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，由于它的发明也使发电机的功率得到了很大的提高。

小学科学《电磁铁》教学设计(创新性成果)

小学科学《电磁铁》教学设计（创新性成果） 内容分析 电磁铁是利用电流的磁效应使铁芯磁化产生磁力的装置。电磁铁是电生磁现象的最直接应用，电磁铁也广泛应用在各种用电器中，电磁铁结构简单、制作容易，呈现的现象有趣，探究电磁铁的性质是一个对学生进行科学启蒙，培养科学兴趣的良好契机。 教学目标 1．科学概念 电磁铁具有接通电流产生磁性、断开电流磁性消失的基本性质。 改变电池正负极接法或改变线圈绕线的方向，会改变电磁铁的南北极。 2．过程与方法 知道电磁铁的基本性质，能够根据所给材料制作一个电磁铁。 能够做电磁铁的磁力大小跟哪些因素有关的实验。 能选择适当方式表达对电磁铁磁力大小的研究结果。 3．情感、态度、价值观 了解电磁铁的应用，能主动对电磁铁现象进行研究，体会探究乐趣。 养成认真细致、合作进行探究的品质。 教学重点、难点 重点：发现电磁铁的基本性质，发现电磁铁具有南北极并可改变的特点。 教学难点：制作电磁铁，探究影响电磁铁磁力大小的因素。 教师准备：电池、铁钉、带绝缘皮的导线、大头针。 教学方法：观察、实验、分析、归纳、概括 教学过程： 导入新课： 一．自行发现问题： 1．出示课题（板书电磁铁） 2．提问： 师：通过上节课的学习，我们认识了磁铁，知道了磁铁很神奇，具有磁性，能吸起铁质物体，如：大头针、小铁钉，订书针等。（教师演示吸起订书针的情景） 师：（老师出示一根铁钉）你们看老师今天带来了一根铁钉，它能吸起这些大头针吗？ 生1：不能 师：为什么？ 生：铁钉就是铁钉啊 师：光凭嘴说可不行，还是让我们来试试。（实验）哎呀，真的吸不起来，铁钉就是铁钉没有磁性，当然不能吸起铁性物质。 生2：能 师：你来，请你上来帮我用这根铁钉把这些大头针吸起来。 生2:实验 师：吸得起来吗？ 生2：吸不起来 （后面同生1师生问答） 师：不过有一种力量很神奇，那就是科学！它能让这些铁钉带上磁性吸起大头针，你们相信吗？

08-3-29 直流电磁铁设计指导书 电子版要点

编著 2014年12月8日

第一部分手工计算 一、计算反力特性 （一）、计算工作气隙值： 1、衔铁打开（即主触头打开，称a点）位置的工作气隙δa: δa = （β1+γ1）?Kg 1 2、动断辅助（桥式）触头断开（称b点）时的工作气隙δb： δb = δa－γ2 ?Kg 2 3、主触头刚接触（闭合，称c点）时的工作气隙值δc： δc = γ1 ?Kg 1 4、动合辅助触头刚接触（闭合，称d点）时的工作气隙δd： δd = γ 2 ?Kg 2 5、衔铁完全闭合位置（称e点）时的工作气隙δe： 取δe = 0.1mm；其中镀锌层厚度δ镀层= 2?12?10-6m = 24?10-6m；（二）、计算各位置反力，并作反力特性曲线（如图1.1所示）： 图1.1 反力特性曲线

1. 释放弹簧折算反力F fl 的特性曲线 F fl 实质是将释放弹簧初始反力Fs 0折算到铁芯中心线后的释放弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从a 点到e 点。 ○1 δ= δa : F f1a = 3Kg Fso ○ 2 δ= δe : F f1e = [ Fso + 3)(C Kg e a s δδ-? ] 3 1 Kg ? ○3 F f1b 、F f1e 、F f1d 的反力则由F f1a 和F f1e 的连线，按比例（或相似三角形）求出； 2. 主触头刚接触（闭合）时的折算反力F f 2特性曲线 F f 2实质是将所有主触头的弹簧初始反力F 2O 和F 2Z 折算到铁芯中心线后的弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从o 点到c 点 。 ○1 δ= δc : F f 2C = 110 1F n Kg ? ○2 δ= δe : F f 2e = 1 Z 11Kg F n ? ○ 3 F f 2d 的反力由 F f 2c 和 F f 2e 的连线按比例（或相似三角形）求出； 3、动合辅助触头折算反力F f 3 特性曲线 F f 3 实质是将所有动合辅助触头的弹簧初始反力 F 2O 和F 2Z 折算到铁芯中心线后的弹簧反力，其特性曲线是一条直线，从d 点到e 点。 ○1 δ= δd : F f 3d = 220 2F n Kg ? ○2 δ= δe : F f 3e = 2 Z 22Kg F n ? 4、动断辅助触头折算反力 F f 4 反力特性曲线

初中物理电磁铁教案

电磁铁教案 【教学目标】 1．知识与技能 ●了解什么是电磁铁。知道电磁铁的特征和工作原理。 ●了解影响电磁铁磁性强弱的因素。 2．过程与方法 ●经历探究电磁铁的过程，体会控制变量的方法。 ●体会交流和评估在科学探究中的重要作用。 3．情感态度与价值观 ●体验探索科学的乐趣，培养主动与他人交流合作的精神。 ●认识物理在生活、生产、科学技术的广泛应用，激发学习物理的积极 性。 【教学重难点】 重点：培养学生设计实验，交流评估的能力。 难点：培养学生科学设计实验方案，大胆交流评估的能力。 【教学方法】 探究、实验、讨论法 【教学器材】 投影仪、PowerPoint课件、实物展台、电脑演示实验仪器电源 (6V)，开关，滑动变阻器(20Ω 2A)，电流表，一盒大头针，两个线圈匝数相同、铁芯粗细不同的电磁铁，导线，匝数可变的电磁铁。分组实验仪器电源(6V)，开关，滑动变阻器(20Ω 2A)，电流表，一盒大头针，导线8根，

课前发给每组学生：4寸大铁钉两个， 5mm漆包线1.5m一根，0.75m 一根。 教学流程图 教学程序内容与教师活动学生活动设计依据 一、引入新课(2分钟) 分别在竹筷和铁钉上紧密绕上电线或漆包线，用它们分别吸引大头针师：上节课，老师布置各组同学分别制作两个线圈匝数不同的电磁铁，都做好了吗？老师检查一下。（鼓励表扬做得好的） 师：谁能说说你是怎样制作的？ 师：你知道电磁铁是由哪两部分构成的吗？（板书：1.构成：线圈+铁芯）师：线圈插入铁芯后磁性大大增强，这节课我们就通过实验来研究电磁铁。 二、进入新课，科学探究 (3分钟)师：现在就请同学们试着把其中一个电磁铁连入电路，看你制作的电磁铁能不能吸引大头针，能吸多少。同组同学可以先讨论如何连，再动手操作。（师巡回，对确实有困难的指点，强调连接电路开关要断开。） 师：哪组做完了，请告诉老师你们组吸引大头针的个数，并说明用的是线圈匝数多的还是线圈匝数少的。（记录三组数据在黑板上） 师：同学们都做完了吗？请断开开关。你们制作的电磁铁都能吸引大头针吗？在实验中你们有没有发现什么问题？（提示学生回答并板书：2. 特性：磁性有无通断电） 师：吸引大头针数量不同表明什么？

初中物理：电磁铁教学设计

电磁铁 【教学目标】 1．知识和技能。 了解什么是电磁铁，学会制作电磁铁，认识影响电磁铁磁性的因素。 2．过程和方法。 经历探究影响电磁铁磁性的因素的过程，能表达自己的观点，初步具有评估和听取反馈意见的意识。 3．情感态度与价值观。 具有“从生活走向物理，从物理走向社会”的意识，养成主动与他人交流合作的精神，树立勇于有根据的怀疑、大胆想象的科学态度。 【教学器材】 干电池三节，大铁钉两枚，大钢钉一枚，铝筒一个，漆包线（1m和1．2m各一根），小刀一把，电流表一只，大头针（或细铁屑）适量，缝衣棉线若干，开关、滑动变阻器一只。 【教学过程】 一、引入：从生活走向物理 观看录像，画面上出现无锡钢铁总公司废钢分公司电磁铁搬运铁块的现场。看完的同学议一议，猜一猜。 师：你们已经看到了什么？ 生：这是电磁铁…… 师：还想知道什么？ 生甲：什么是电磁铁？我自己能不能做一个？ 生乙：电磁铁是怎样工作的？通过它的电流有多大？ 生丙：想知道电磁铁能吸住多重的东西。 师：同学们对这么多的问题感兴趣，很好。这节课希望同学们能解决一些问题，同时又产生许多新的问题。 评：联系实际，激发兴趣。 二、制作电磁铁 阅读课本，知道什么叫电磁铁、怎样制作电磁铁。依照课本的指导，自主选择器材。大约八、九分钟后，各组都制作完毕。（提醒学生用小刀将两头的绝缘漆刮掉。） 生甲：用1m细漆包线在大铁钉上顺一个方向绕制60匝的线圈，再用棉线在漆包线表面缠绕一层，使漆包线不致松散，这样就制成了一个电磁铁。同样的方法，用1．2m细漆包线在另一大铁钉上绕了80匝制作了另一个电磁铁。 1

生乙：我们也制作了两个电磁铁，不同的是一个绕在铁钉上，另一个绕在钢制的水泥钉上。我们想看看它们有什么不同。 生丙：我们做了三个电磁铁，除了跟甲一样外，我们还在铝筒上绕了一个60匝的电磁铁。 师：手脚真够快的，是不是经常帮妈妈绕毛线？（生愉快地笑了。） 生丁：乙、丙两位同学看书不认真。绕在钢钉或铝筒上不能叫电磁铁。生丙：书上说的不一定都对！亚里土多德曾经说过“我爱老师，我更爱真理”。我们想研究一下，同样是金属，铝筒究竟可不可以。（同学们给了他热烈的掌声。）师：丙同学的这种敢于怀疑、勇于探究的精神的确值得称道。 评：在平等的关系中，培养学生自主探究的能力。 三、实验探究：影响电磁铁磁性大小的因素 1．猜想。 师：“电磁铁能吸住多重的东西”，也就是电磁铁的磁性大小。那么，电磁铁的磁性大小究竟跟哪些因素有关呢？各个小组讨论一下，然后把你们的观点告诉大家。 甲组：跟通过漆包线的电流、它两端的电压以及漆包线的电阻有关。 乙组：还应当与线圈的匝数多少有关。 丙组：我们认为甲组的观点有些重复，根据欧姆定律，电压和电阻的共同作用就是电流，所以，我们的观点是：通过漆包线的电流大小和线圈匝数的多少会影响电磁铁磁性的大小。 师：大家的猜想都有道理，相比之下，丙组的猜想比甲组更合理一些。 丁组：电磁铁磁性的大小跟铁芯的粗细有关，越粗磁性越强。 师（有些惊讶）：你们的这个猜想的确与众不同，坦率地讲，我也说不清楚铁芯的粗细是否对电磁铁的磁性有影响。给的器材里2枚大铁钉也是一般粗，不过，课后我们一起来研究。谢谢你们，能提出这么好的猜想来，让老师也大开眼界。 评：教师真实地在学生面前暴露自己的无知（甚至有意识地表现自己的无知），与学生一起探讨问题，使学生去除对教师的神秘感和权威感，主动承担探究的责任。 2．方案。 电流、匝数都影响电磁铁的磁性，各组讨论，解决以下问题： （1）采取何种步骤？（A．保持匝数不变，磁性与电流的关系；B．保持电流不变，磁性与匝数的关系。） （2）用什么方法来反映电磁铁磁性的强弱？（用吸引铁屑的多少，用吸引大头针的多少，用弹簧秤的方法。） （3）用什么方法来改变通过电磁铁的电流？（增减电池个数；或者用滑动变阻器。） 2