摘要：本文叙述了，冶金行业用的起重机，在采用直流起重电磁铁，吊运废钢作业时，所用的电磁吸盘的工作效率低。将一般励磁和强励磁的原理和效果进行了对比，通过改进电磁吸盘的控制原理，来延长电磁吸盘进入热稳定状态的时间，从而实现提高电磁吸盘工作效率的目的。
关键词：直流起重电磁吸盘、一般励磁、强励磁、通电持续率、冷态、热态
0、前言
在冶金行业，炼钢生产的必要工艺，是在炼钢的炉料中加入一定比例的合格废钢，为了提高冶炼速度，现代先进的炼钢技术要求添加的废钢要集中添加，如本钢的转炉炼钢，要求添加废钢铁为一炉一斗，每斗要达到近18吨，要求废钢的供应，也要相应地集成供应，因而在装卸废钢的设备上也要讲究效率，一般装卸废钢的设备为桥式起重机或龙门起重机，起重机上配备直流电磁吸盘，来装卸废钢铁。电磁吸盘尺寸即有效接触面积和效率直接影响着装卸废钢速度的快慢，也就是说电磁吸盘的利用效率将直接影响废钢铁的供应。
本钢废钢厂是本钢炼钢用废钢的供应单位，其主要的设备为不同等级的龙门吊车和桥式吊车，吊运工具为不同吨位的直流电磁吸盘。十几年来，其直流电磁吸盘主要以MW1-185A型为主，其通电持续率均为TD=50%，吊运物品的温度在100℃以下。以前电磁吸盘的工作效率一直满足不了实际工作的需要，经过几次的改进和试验取得了良好的效果，适应了我厂装卸量大,节奏快的实际情况，现就改进前后的方法和体会叙述如下;
1、原来直流系统存在的缺陷
原来的系统电气原理如图（1）所示：
当lkd位于灭磁位置 断电 时，直流接触器C1拉弧大，使直流接触器的主触头老化加速，同时电磁铁的剩磁不能及时的腿净，导致电磁盘的效率不能够完全发挥出来，电磁吸盘的额定参数：冷态电流可达110A，而热态只有60A。冷态时电磁吸盘吸力为：吊装钢球可达15吨，而热态时只有6吨左右，装废钢轻毛料冷态时为1.65吨/每盘，而热态时只有1.36吨/每盘。随着钢产量的逐年增加，供应量也相应地在增加，我们的吊车数量又是有限的，因而提高电磁吸盘的工作效率是十分必要的，也是十分可能的。
MW1-1850电磁盘依出厂说明通电持续率DT为50%，冷态电流为108A，热态电流为60A，功率:冷态为23、8kw热态14.3kw。由于我们所收购的料型多为轻毛料，按理论计算,该电磁盘的吸力应为：冷态1.8吨/每盘、热态为1.5吨/每盘，从实践中得出，这个类型的电磁吸盘，在环境温度为20度左右时，连续工作40-60分钟左右，就可以达到热稳定工作状态，而吸力较冷态时就下降了18%以上，在冬季环境温度在0℃以下，电磁吸盘连续工作1.5-2小时，也就达到热稳定工作状态，电磁吸盘温度上升没有夏季的快。我们地区的环境温度在15-25℃的天气可达5个月左右，而这5个月正是收废钢装卸车最忙季节，因而提高电磁盘的工作效率是必要的也是势在必行的，实践证明也是有可能的。
2、解决方案
2.1.由于选用的电磁盘是为吊运废钢专用的圆形电磁盘，其直径有1850mm和1650mm的两种型号。我单位最常用的是MW1型，直径为1850mm的电磁吸盘，它要求每个周期通电时间不超过5分钟，而我们吊运的对象绝大部分为不规则的废钢统料，电磁吸盘和废钢的有效接触面积普遍只有电磁吸盘的50%-70%左右，电磁铁的有效吸附面积没有得到充分利用，更重要的是电磁吸盘的冷态和热态功率、吸力的差别较大，冷态热态电流比108/65A,功率比23.8/14.3kw,吸力比1.75/1.45t，.冷态和热态的吸力相差18%以上，因而延缓电磁吸盘达到热稳定状态的时间，从而提高电磁吸盘的效率，是非常有必要的，然而也是有可能的。
2.2通常电磁吸盘的励磁有两种方式，一种是一般励磁（励磁电压为直流220V）；另一种为强励磁（励磁电压为直流290V）或过励磁（励磁电压为直流350V）。然而电磁吸盘一旦制造出厂，其固有的参数是固定的，如内阻、电感和线圈的耐压等级都几乎是不变的，那么要想提高其应有的工作效率，只有在控制线路上想办法，也就是说，如果能延长电磁吸盘达到热稳定状态的时间，使电磁吸盘处在冷态时间较长，始终保持有效吸力较高的状态，这样就相当于提高了电磁吸盘的工作效率。
2.3一般励磁和强励磁的电压、电流随时间变化的曲线为如图（2）所示，
对于MW1型电磁吸盘，同为一个工作周期（废钢行业通常一个周期为30秒到60秒），强励磁电路要求在励磁过程的前5—7秒加入290伏的直流电压，产生比一般励磁大近30%的电流，使电磁吸盘瞬间产生较大的电磁场，从而产生大的吸力。这当然是积极的一方面，但从另一方面讲，当电磁吸盘施加290V的较高直流电压时，由于电压突增了24%，电流也相应地增加了24%以上。又因电磁吸盘吊运废钢周期实际为30秒到1分钟左右。根据焦耳定律Q=I2Rt可知,一般励磁电流产生的热量Q1与强励磁的Q2之比为1：1.54，所以强励磁较一般励磁，很快就能使电磁吸盘温度上升，由于频繁给磁和退磁，使电磁盘产生了积累热，从而迅速达到热饱和状态。
2.4在一般励磁条件下，由于电流是平稳的，其温升达到热饱和状态的时间是较慢的，但在环境温度为20℃左右时，连续工作40-60分钟左右，电磁吸盘仍然能达到热稳定状态，那么，怎样才能阻止电磁吸盘的温度上升的那么快，同时又能提高电磁吸盘的效率呢？我们通过大量的实验，采取了在一般励磁的条件下，在电磁吸盘的主回路上，并联一个定值电阻，使电磁吸盘回路的总电阻有所下降，从而相应地增大了回路的电流，同时为电磁吸盘放电，也做了准备了条件，实践证明是非常可行的。那么这个电阻应为多大，应怎样接入电路中呢？根据欧姆定律I=U/R,一般励磁时，R=220/108=2.04Ω,如果我们采用强励磁方式，7秒的时间内电流一直保持在I=290/2.04=142A,产生的热量总计为：Q=I2Rt=142*142*2.04*7=282.3kj，而采用一般励磁I=220/2.04=100A，所产生的热量总计为：Q=I2Rt=100*100*2.04*7=142.8.kj相差50%，因此从发热的角度出发，一般励磁方式比较适合废钢行业的实际情况，经过试验和计算，当回路中并联上30Ω（利用原来的直流电阻的阻值）将其分为两段，一段R1为4Ω,另一段R2为26Ω，直流电压在240V时（考虑电磁吸盘的耐压范围，小于最高耐压值，将整流变压器的二次调到160V的输出端），直流电磁铁供电回路的总电阻如图（3），根据电阻并联公式R总=R*r/ R+r就可算出了总电阻值,将数字带入得到并联后的R=30*2.04/30+2.04=1.8Ω,总电流I=240/1.8=133A; I1=240/30=8A;I2=240/2.04=118A，比原来增加了10A，既增加了电磁吸盘的吸力，并联的电阻将分流部分电流，而发出的热量为Q=I2Rt=8*8*30*7=13.5.kj分担了总发热（142.8.kj）的10%，又延缓了电磁吸盘迅速达到热稳定的时间。从而提高了电磁吸盘的效率。
2.5加上一个电阻有利于电磁吸盘的放电过程
由于电磁铁电感量较大，一般为1H以上，在它和电源断开以后，电磁铁内部储存的一部分能量，在开关以外的直流接触器主触头处，以拉弧的形式释放，其余的能量应接入一个合适的电阻，使电感和电阻形成回路，保持线圈电流继续流动，电能在外接电阻R和线圈内阻r上消耗，，随后再加上反接的励磁电源，将其剩余的能量释放干净，要特别注意的是，线圈电感有保持瞬态电流不变的惯性，串入电阻应大于线圈的内阻，消磁效果较好。如图（4）L为电感，r为内阻，R为外接电阻，在K1切断，K2接通时，I=U/r则Ldi/dt+R+ri=0 ;U=Ir=Ure- R+r/L/r令L/R+r=τ R越大τ越小，消磁越快，消磁效果就越明显，我们从实践中已经得到了较好的验证实。
在实际操作中我们结合原来设备备件的实际，利用原来的放电电阻和退磁电阻串联后，并联在电磁吸盘的主回路中，使电磁吸盘的电流增加，吸力就增加，同时为放电回路增大了电阻。使电磁吸盘的灭磁效果更加理想化。改进部分电气原理如图（5），其他部分不作变动。
3、效果和结论
通过对电路的这样改进，既提高了电磁吸盘的工作效率，又没有增加任何投资，可谓是既经济又实惠的办法，以前MW1型电磁吸盘，在环境温度15-25℃时，工作在38-50个周期内，即50分钟以上，就可以达到热饱和状态，而通过以上改进以后，电磁吸盘工作达90-120分钟才逐渐达到热饱和状态，同时通过在回路上并联这个电阻，也大大提高了电磁吸盘的放电速度，降低了电磁铁因内能不能迅速释放，而积累大量的热量，而迅速达到热态的时间，等效于提高了电磁吸盘的工作效率。
