揭开电磁学的神秘面纱，第6部分-继电器-模拟真实世界

在本系列的前5篇博客中，我们介绍了一组EM构建模块，希望通过类比的使用已经揭开了这些基本行为的神秘面纱。最后，我们可以开始一个实际的应用程序——继电器。

电磁开关

电磁铁的优点是，与永磁体不同，它可以随意打开和关闭。所需要的只是给线圈提供电流，线圈会产生自己的磁场，从而在铁磁核心中触发更强的磁场。停止电流，磁场就消失了。

那么你能对磁场做什么呢?如何利用磁场中的能量?尽管电磁学的许多方面都得益于神秘化，但有一件事我们(应该)都知道，磁体的相反两极相互吸引(无论是永久的还是电磁的)。这种吸引力可以引起运动。这个动作可以用来打开或关闭电路。

让两极相互靠近

正如我们在第5部分，铁磁芯的作用是增加由线圈电流诱导的磁通量。此外，磁场的范围可以通过改变磁芯的形状来控制和进一步“集中”。实际上，人们可以移动电磁铁的南北两极的位置。让我们使用Simcenter磁铁为了模拟一系列不同磁芯形状的磁场，我们从几个简单的开始:

*Simcenter MAGNET磁场建模。矢量具有磁通量(固定大小)。矢量在低磁通密度区域中不显示*．

没有地核(a)磁场仍然会产生，只是不那么集中，更分散。即使没有地核，理论上仍然有一个南极和北极。在线圈(b)内添加一个核心，几乎存在相同的场，只是更集中。

增加磁芯的长度超过线圈的范围，磁场的范围也会增加，使磁极进一步分开(c)。

添加一个垂直段(d)，然后添加一个水平段(e)，可以进一步移动南极的位置。

通过向下扩展几何(f)，两个极点可以彼此非常接近。现在有一个看起来像磁性“电路”的东西。磁通量通过两极之间的气隙。尽管由于空气的渗透性非常低(与核心相比)，它在间隙上衰减得相当快。因此，小的间隙更好地最大化了电路中的磁通量。类似于热传导系统中较薄的低导电性界面材料如何在给定的温差下导致热流增加。

两极相吸

Simcenter MAGNET不仅可以模拟磁场，还可以预测合成的表面力:

地核的北极表面和南极表面现在彼此如此接近，以至于被强烈吸引。(与往常一样，由于这些演示模拟的定性性质，我省略了图例尺度)。

铁磁磁芯是固体的

肯定的!如果地核是由橡胶制成的，那么它就会自我变形，从而使北极和南极面结合在一起。我很确定橡胶没有磁性(不能被磁化)。那么这个磁路是如何实现运动的呢?不像电路必须有连续的几何形状才能让自由电子流动，磁路有更大的自由度，磁通量可以渗透到空气中。因此，可以引入断裂、铰链或枢轴:

使最后一块的核心一个独立的对象(电枢)，铰链它的核心(轭)的其余部分，并把一个弹簧，将铰链出电磁铁时，电枢是关闭。当电磁铁打开时，它会将电枢拉向磁芯，因为电磁铁的力设计得比弹簧的返回力更强。电枢可以用来打开或关闭，例如一个单独的电路。电枢不需要接触磁芯(并进一步关闭磁路)，它只需要移动。

继电器

这就是继电器，一个电磁开关。它们的形状和大小各不相同，但基本原理是相同的。这是自动继电器。对于那些保养过汽车的人，尤其是旧车的人，你可能对它们很熟悉:

这是一个5针“转换”继电器。看看盖子上的电路图，引脚30是电池的12V电源，可以在引脚87或引脚87a连接的电路之间切换(转换)。所有它需要在这2个电路之间切换的是一个电压，施加在引脚#85和#86上，激活线圈，打开电磁铁，反过来移动电枢。激活电磁铁所需的电流通常比它正在开关的电流(10s安培)小得多(~0.2A)。线圈电路和被开关的电路之间没有直接的电接触。保持高电流/高功率电子远离ECU更精细的控制电路的好方法。