现代电机设计及分析方法课件：电机损耗

电机损耗

电机损耗电机设计中是以性质来对损耗进行划分。n=

p——

电机总损耗电机设计中损耗可分为下列5类：令定、转子铁心中的基本铁耗：它是由主磁场在铁心中发生变化时产生的。B

电机损耗令空载时铁心中的附加损耗：它是由定转子开槽引起的气隙磁导变化而

产生的谐波磁场在对方表面产生的表面损耗及脉振损耗。令电气损耗：是由工作电流在绕组中产生的损耗，对直流电机或同步电机而言，也包括电刷在换向器或集电环上的接触电阻损耗。令负载时的附加(或杂散)损耗：是由定子或转子电流所产生的漏磁场在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗。令机械损耗：它包括通风损耗，轴承摩擦损耗和电刷与集电环或换向器间的摩擦损耗。其中，第1、2、5项损耗称为空载损耗或不变损耗。第3、4项又称为负载损耗或可变损耗。

电机损耗一、基本铁耗•交变的主磁场在铁心中所产生的损耗，它分为磁滞损耗与涡流损耗两部分。1、磁滞损耗：磁场交变—铁磁材料内磁畴间摩擦—耗能单位重量的铁磁物质由交变磁场引起的磁滞损耗ph

，称为磁滞损耗系数，即：ph

=(aB

+bB

2

)f式中f为磁场交变频率,B磁密幅值a,b为取决于材料性能的比例常数上式可整理为：ph

=h

B

f

h

---材料常数，=1.6~2.21.0TB1.6T时，系数a接近与零，故ph

=h

B2

f

电机损耗2、涡流损耗：磁场交变—铁芯内产生感应电势—感应电流--涡流--(电)损耗经推导可得单位重量的钢片的涡流损耗为：

2

6ppFep为钢片的电阻率,pFe

为钢片的密度,Fe

钢片的厚度在厚度一定的情况下则有

2

2

e

6ppFepe

=(Fe

Bf)2pe

=Ge

(Bf)2式中G

=Fe

电机损耗3、基本铁耗的工程计算方法将磁滞与涡流损耗系数合在一起，得到钢的总损耗系数的计算式：phe

=ph

+pe

=Qh

B2

f

+Qe

(Bf

)2在一般情况下，对不同的B值，或者不同的f，损耗系数为：phe

p10

/

50B(2

)1.3因此，钢中的基本铁耗应为：pFe

=

ka

phe

GFe利用上式可以求出电机轭中及齿中的基本铁耗。(1)定子、转子轭的基本铁耗损耗系数phej

=p10

/

50Bj

2

(

)1.3

电机损耗损耗系数phet

=p10

/

50Bt

2

()1.3轭中的基本铁耗等于pFej

=ka

phej

Gj齿中的基本铁耗等于pFet

=ka

phet

Gt可仿轭部的计算式，得(2)齿中的基本铁耗

电机损耗二、空载时铁心中的附加损耗空载时的铁心附加损耗是指铁心表面损耗和齿中的脉振损耗，它是由气隙中谐波磁场引起的。而谐波磁场又由两种原因造成：1、电机开槽引起气隙磁导不均匀，如图所示，产生出磁场的高次谐波；

电机损耗2、空载励磁磁势空间分布曲线中存在着谐波。由谐波产生的表面损耗，根据谐波的波长与凸面的间距的相对大小有不同的情况：1)凹凸的间距(如凸极同步电机)远大于谐波的波长，则谐波磁通集中于极弧表面一薄层内，在极面感应涡流，产生涡流损耗，也会在其中产生磁滞损耗，又称表面损耗；2)凹凸间距要比谐波波长要小得多，如齿距t小于谐波波长，则谐波将

深入到齿部并经由轭部形成闭合回路，则在齿中产生涡流及磁滞损耗，称为脉振损耗；3)介于上述两种情况之间，既有表面损耗又有脉振损耗。实用中，空载损耗不作特殊计算，用加工系数打入基本铁耗。2、电刷接触损耗电刷与集电环或换向器间的接触压降与电刷种类有关，与电流大小无关，因此一个极性下的电刷接触损耗为：pcb

=

Ub

I

Ub为电刷接触压降,对于石墨电刷,电化石墨电刷等Ub

=1V

对于金属石墨电刷,Ub

=0.3V

电机损耗三、电气损耗1.绕组中的电气损耗对于多相绕组，则总的电气损耗应为各相绕组的电气损耗的总和，

即：如果电机为m相对称的多相绕组，则各相电流数值相等，电阻也相同，Ix

为绕组x中的电流;Rx

换算到基准工作温度的绕组电阻pCu

(

Al

)

=

mI2RpCu(Al

)

=

I

Rxx2则电气损耗为：

电机损耗四、负载时附加损耗负载时产生的附加损耗的主要原因是由于环绕着绕组存在有漏磁场。这些漏磁场在绕组中以及在所有邻近的金属结构件中感应涡流损耗。另外，气隙中的谐波磁势所产生的谐波磁场以不同的速度相对转子和定子在运动，在铁心中和在笼型绕组中也会感应涡流，产生附加损耗。1、凸极同步电机负载时的附加损耗由额定负载电流引起的同步电机的附加损耗，约等于短路试验时的附加损耗，因此又称之为短路附加损耗。它包括以下分量：(1)定子(硬线圈)绕组中的附加损耗(集肤效应所致)pCuad

=(K1)pCu

pCu

为绕组直流电阻损耗K

绕组电阻增加系数,根据绕组型式的不同取不同的数值.F'F'

电机损耗(2)绕组端部的附加损耗(漏磁在绕组附近金属件中所致)由于绕组端部电流空间分布比较复杂，准确计算这些附加损耗比较困难，一般用经验公式进行计算。(3)定子绕组谐波磁势在转子磁极表面引起的表面损耗

电机损耗2、感应电机负载时的附加损耗主要由以下几部分组成 (1)定子绕组漏磁场在绕组里及绕组端部附近的金属部件中产生的附加损耗；

(2)由定子磁势谐波产生的磁场在笼型转子绕组中感应电流引起的附加损耗；(3)定子磁势谐波产生的磁场在转子铁心表面引起的表面损耗；(4)在没有槽绝缘的铸铝转子中，由导条间的横向电流产生的损耗。感应电机负载时的附加损耗通常不进行详细计算。一般是按电机额定功率的百分比来估算。例如，采用压力铸铝转子工艺的感应电机，其附加损耗约占输出功率的2~3%。

电机损耗五、机械损耗——

多为试验以及经验公式机械损耗包括轴承损耗、电刷摩擦损耗、通风损耗等。1、轴承摩擦损耗pf

=2.3lj

)v

.5

10一102、通风损耗pw

=1.75qv

v2式中qv

为通过电机的空气体积流量(m3

/s)v为风扇外圆的圆周速度(m/s)3、轴承摩擦和通风损耗pfw在一般电机中，常把这两种损耗综合在一起计算。j1

电机损耗效

率发电机额定负载时效率可用下式计算：

p

电动机的效率可用下式计算：na

=