电机交流损耗参考文档
(完整word版)发电机交流阻抗试验具体步骤流程
《发电机转子绕组的交流阻抗和功率损耗测量》一、试验目的:如果转子绕组出现匝间短路,则转子绕组有效匝数就会减小，其交流阻抗就会减小，损耗会有所增大，因此,通过本次测量转子绕组交流阻抗和功率损耗，与历次试验数据相比，就可以有效地判断转子绕组是否有匝间短路。
轻微的匝间短路并不会对发电机产生很大的影响，常常被忽略,但如果匝间短路程度加剧，则会引起机组的振动增大，励磁电流增大，严重时造成转子一点甚至两点接地故障,大轴磁化、烧毁护环恶性事故的发生。
因此对发电机转子绕组匝间短路故障的检测十分必要.二、试验方法：通过滑环向转子绕组施加交流电压,通过仪器自动读取电压、电流、功率损耗和交流阻抗。
施加电压的大小用调压器来调节。
三、试验仪器：HVZ-Ⅱ发电机转子交流阻抗测试仪、调压器四、试验步骤：(1）试验前先确认转子绕组的励磁回路已全部断开并验电。
（2）对试验现场进行封闭，用围栏或绳子将试验现场围起.（3）用量程为500V的兆欧表对转子进行绝缘电阻测量。
（3）按试验原理图接好试验线路，带电空试以检查试验设备和各仪器仪表是否正常。
（4）试验电压的确定：对于额定励磁电压在400V及以下的绕组，施加的电压一般考虑为其电压值等于额定励磁电压.额定励磁电压大于400V时,电压可适当降低，对于本次#5发电机转子交流阻抗试验施加电压220V即可满足条件.（5)确定好接线后，打开仪器，设置电压步长，可选择单向测量或双向测量，选择单相测量后进行慢慢升压，读取并记录电压、电流、交流阻抗和功率损耗。
(6）分别在盘车状态下、500r/min、1400 r/min、2200 r/min、3000 r/min转速下进行转子交流阻抗测量，每种状态都应在几个不同的电压下进行测量。
(7）试验完毕后，断开电源，然后需检查试验仪表是否正常,收拾仪器并清理场地。
五、试验标准：1、阻抗和功率损耗值自行规定。
在相同试验条件下与历年数值比较，不应有显著变化.相差10%应该引起注意.2、隐极式转子需要在膛外或膛内以及不同转速下测量。
电机空载损耗实验报告
电机空载损耗实验报告引言电机是工业生产过程中常见的设备之一，它的功率损耗是电机运行中不可避免的现象。
电机在负载情况下的功率损耗可以通过实际运行中的电量测量等手段进行测量，而电机在空载状态下的损耗则需要通过实验来获取。
本实验旨在通过对电机空载情况下的功耗进行测量，研究电机的空载损耗特性。
实验目的1. 了解电机空载损耗的产生原理；2. 学习使用电功率计对电机空载损耗进行测量；3. 分析不同转速、不同电压对电机空载损耗的影响。
实验原理电机空载损耗包括铁损和机械损耗两部分。
铁损是由于电机在空载时，磁场交变不断产生磁滞和涡流损耗而产生的。
机械损耗主要是电机轴承的摩擦力和透磁损耗引起的。
实验中，通过将电机与电力网连接，使电机处于空载状态，利用电功率计对电机的电功率进行测量，即可获取电机空载损耗的数据。
根据测量结果可以得到电机的空载损耗功率和转速之间的关系。
实验器材与仪器1. 电机：使用额定功率为1kW的三相异步电机；2. 电功率计：用于测量电机的电功率。
实验步骤1. 检查实验器材是否正常工作，保证电机无负载情况下旋转自如；2. 将电机与电力网连接，使其处于空载状态；3. 将电功率计与电机连接；4. 打开电机和电功率计，记录电机的名称、额定功率和额定电压；5. 设置电功率计的参数，选择功率测量功能，并调整量程；6. 开始记录电机在不同电压下的转速和功耗数据，每次测量前待电机稳定后记录数据；7. 按照实验要求，进行不同电压下的转速与功耗的测量。
数据处理与分析根据实验记录的数据，绘制电机空载损耗功率与电压的关系曲线图，并进行数据拟合。
通过拟合曲线，可以确定电机空载损耗功率与电压之间的函数关系。
根据实验测得的转速与功耗数据，计算得到电机的空载损耗功率。
根据所得结果进行讨论，分析转速和电压对电机空载损耗的影响。
实验结论1. 电机的空载损耗功率与电压之间呈线性关系，即电机空载损耗功率随电压的变化而变化；2. 电机的空载损耗功率与转速之间也存在一定的关系，但和电压的影响相比较小。
变频器供电交流电动机的损耗、 确定各负载点损耗和效率的范例
=0.0032×5 500=18
=42/(42+18)=70.3%
=1 400/3 000=0.4667
=5/17.5=0.2856
0.0182
=0.0182×5 500=100
=733/(733+100)=88.0%
=2 800/3 000=0.9333
=1/17.5=0.8568
0.0747
=0.00747×5 500=411
c） 总绕组损耗按公式（A.3）计算
2
2
LSR (，) = LS (N ，N ) ∙ [( 0 ) + (1 − ( 0 ) ) ∙ 2 ] + LR (N ，N ) ∙ 2 ··············· (A.3)
N
N
A.3 铁耗 PLfe
铁耗可分为两部分，可按公式（A.4）计算：
额定转速（r/min）
cfw
（1-cfw）
3 000至3 600
0.7
0.3
1 500至1 800
0.5
0.5
1 000至1 200
0.3
0.7
＜1 000
0.2
0.8
当电动机带有辅助风扇（IC 416）时，风耗是固定的，与转速无关。风耗可以由风扇电机的输出功
率和效率来计算。
Lfw (，) = Lfw ∙ Lfw (N ，N ) ∙ + (1 − Lfw ) ∙ Lfw (N ，N ) ∙ 3 ··················· (A.6)
运行点7（750 r/min、4.38 Nm）
P7
69
=69/5 500=0.01255
电机交流损耗
2. 交流损耗的计算
实验验证方式
先对放置在空气中的线圈进行有限元计算和实验，这样就完全消除了铁耗的影响。接 着对高频铁氧体进行有限元建模和实验，由于高频铁氧体电阻率很大，因此忽略铁心 内的损耗，近似认为绕组两端所测得的损耗就是绕组的交流损耗。
由于电机绕组的交流损耗很难从电机总损耗中分离出来，为了验证PWM调制引起的 电流谐波对电机绕组的影响，在电机三相绕组中各串联一个高频铁氧体测试线圈，用 高精度电流传感器和功率分析仪测量不同载波比时测试绕圈的交流损耗，并建立测试 绕圈2D有限元模型。
2D有限元法计算交流损耗
哈尔滨工业大学，邹继斌等在《考虑临近效应的高速永磁无刷电机交流损耗》（2010， 电机与控制学报）中对一台3kw 30000rpm的电机进行了2D有限元建模计算。得出如下 结论：
1. 谐波对绕组交流损耗的影响：PWM调制引起的谐波电流是产生绕组涡流损耗的主要 原因；随着载波比增加，绕组的交直流损耗比逐渐减小；结论适用于SPWM和SVPWM逆 变器，两者趋势一样。
2B2ld 4 128c
（1）
2. 交流损耗的计算
槽内导体的涡流损耗（不考虑趋肤效应和临近效应）
假设：导体均匀分布在槽中，铁心磁导率无穷大，且忽略 导体涡流本身涡流磁场的影响。
对右图所示矩形槽，由安培环路定理可得高度y处的磁通密 度：
B
b
0n
y h
I
→ B 0nIy （2）
式中：
Rr
c L
S
c
2r
ldr
Er在Peddy的计算中取用有效值； d为导体直径；l为导体长度；
求得局部涡流损耗后积分可得整个导体的涡流损耗：
c为导体的电阻率；
扁铜线电机交流损耗的计算方法
D设计分析esign and analysis 2019年第47卷第12期 姜华 扁铜线电机交流损耗的计算方法 32 收稿日期:2019-04-08扁铜线电机交流损耗的计算方法姜 华(上海大学,上海200135)摘 要:因集肤效应㊁邻近效应对扁铜线的影响,新能源汽车扁铜线电机的交流损耗计算越来越重要㊂扁铜线层数越来越多,单纯的2D模型仿真计算已经不能满足其精度要求,研究了一种利用外电路联合仿真的方法㊂仿真计算和样机实测对比结果表明,该方法能够满足工程应用要求㊂关键词:扁铜线电机;AC损耗;外电路;联合仿真中图分类号:TM303 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2019)12-0032-03Calculation of AC Loss of Hair-Pin Winding MotorJIANG Hua(Shanghai University,Shanghai200135,China)Abstract:Because of the influence of the skin effect and theproximity effect on the hair-pin winding,the calculation accuracy of the AC loss of the hair-pin winding motor of new energy vehicles becomes more and more important.With more and more layers of the hair-pin winding,the simple2D model can not meet the calculation accuracy requirements.A meth⁃od of joint simulation using external circuit was studied.The comparison between simulation and prototype showed that the method can meet the requirements of engineering application.Key words:hair-pin winding motor,AC loss,external circuit,joint simulation0 引 言对于新能源汽车来说,其驱动系统的核心就是驱动电机,驱动电机的性能优劣直接决定了新能源汽车性能好坏㊂随着新能源汽车的不断发展,新能源驱动电机呈现出向高功率㊁小体积㊁高转速方向发展㊂伴随电机工艺及设备的成熟,电机绕组由圆铜线设计逐渐向发卡式扁铜线绕组设计发展㊂发卡式扁铜线电机有以下优点:槽满率高,散热性好,绕组端部短,体积小㊂事物均有两面性,扁铜线电机也有一些缺点:集肤效应大,不利于系列化,对扁铜线漆膜要求高,对量产设备要求高㊂扁铜线电机在很多行业都有应用,如大功率异步电动机㊁矿山电机㊁风力发电机㊁火力发电机㊁大功率牵引电机㊁机车电机等㊂因为这些电机频率低,用基于等效电路的场计算方法能够满足工程应用㊂但随着新能源汽车电机频率的不断提高,基于等效电路的场计算方法完全不能满足其要求,单纯的2D有限元仿真计算方法已经不能准确计算其交流损耗[1]㊂因此,提高扁铜线电机绕组的交流损耗计算精度就显得尤为重要㊂本文以行业内最常用的ANSYS Maxwell仿真软件介绍扁铜线绕组交流损耗的计算方法㊂目前,行业内较准确的计算方法,是按照实物建立3D仿真模型,但3D仿真模型对计算机工作站配置性能要求高,计算时间长,对于一般工程应用来说不太适用㊂如果拥有小型的超级计算中心,那么方案的校核精确计算可以直接用3D模型完成㊂如何提高2D仿真模型的计算精度,以达到工程计算的要求,本文利用2D仿真模型和外电路的联合仿真方法实现交流损耗的计算㊂1 建立外电路用ANSYS RMxprt自动生成的2D模型,无论扁铜线绕组设置多少匝㊁多少根并绕,软件生成的都是等效两层的矩形导体,如图1所示,且导体类型均等效为 stranded”设置[2],如图2所示㊂图1 等效生成绕组2D 模型图2 绕组设置 直接利用ANSYS RMxprt生成的2D模型计算扁铜线交流损耗,当电源频率很低(f r≤50Hz)时,其准确性还能满足工程要求㊂但随着频率升高,负 2019年第47卷第12期D设计分析esign and analysis 姜 华 扁铜线电机交流损耗的计算方法33 载点的交流损耗计算精度越来越低,尤其是考虑控制器输出电源PWM 谐波含量时,交流损耗计算的精度完全不能满足工程要求㊂如果是两层绕组,且并联支路数a =1,将绕组类型设置更改成solid 后,可以提高其交流损耗的计算准确性㊂但需要注意的是,直接用ANSYS RMxprt 生成的2D 导体模型的长㊁宽尺寸与设计尺寸不相同㊂为了提高计算精度,直接在Maxwell 2D 中按设计尺寸建立绕组2D 模型㊂如果是多层扁铜线绕组,且并联支路数a ≥2时,直接用ANSYS RMxprt 自动生成的2D 模型即使将绕组设置改成solid 后,也不能准确地计算,因为ANSYS Maxwell 电源激励设置只能对一条并联支路进行电源设置㊂当2D 模型将每层绕组都按实物分布在槽中时(以激励为电压源㊁绕组为Y 接㊁并绕根数为2的4层绕组为例),等效模型如图3所示㊂图3 自建4层扁铜线绕组如果1层㊁2层绕组为独立的支路LA1,3层㊁4层绕组为独立的支路LA2,另外,B 相㊁C 相绕组以相同的规律分支路,此时需要利用外电路建立2D 模型㊂利用ANSYS Maxwell 直接建立外电路,如图4所示㊂图4 外电路模型只需要给每相绕组的电压源赋值,不需要单独给每条并绕根数组成的并绕支路(La1㊁La2)单独赋值,故联合外电路建立模型,如图5所示,该模型适图5 加电源谐波的外电路(以上电压源激励只添加了1倍和2倍开关频次PWM 谐波)用多根并绕的复杂绕组形式,或者多条并联支路数的仿真在需要考虑控制器PWM 谐波时,可以直接将电压源中各次谐波加入外电路激励中[3](为简化仿真,一般只添加幅值相对较大的电源谐波)㊂2 计算绕组端部AC /DC 电阻等效系数目前,Maxwell 2D 软件当绕组导体设置为solid时,只能对绕组直线部分进行损耗的有限元计算,对于绕组端部没有进行有限元仿真计算㊂绕组端部电阻值㊁端部电感值均是直接输入进行后处理计算,且输入的电阻值只是相应绕组温度下的直流电阻值,没有考虑扁铜线在不同频率下的交流电阻值㊂为了提高计算精度,在计算绕组总交流损耗时,绕组端部需要考虑交流损耗㊂在有㊁无铁心情况下,扁铜线绕组交流电阻系数相差很大,K bar ≫K end ,所以不能直接将直线部分的绕组交流电阻系数K bar 直接用于绕组端部的交流电阻系数K end ㊂绕组端部不用建立3D 端部模型计算,原因是3D 计算耗费时间太长㊂直接用绕组直线部分的2D模型等效计算绕组端部交流电阻随着频率变化的系数,此时的绕组模型只有电枢绕组,没有铁心㊂此种状态下与实物绕组端部在分相上是一样的,但空间分布不完全一样,通过理论计算与实测数据对比,这种等效计算方法能够满足工程应用要求㊂无铁心情况下扁铜线绕组2D 模型如图6所示(电枢绕组分相与实物一致)㊂图6 只保留绕组的2D 模型先计算扁铜线直线部分其直流电阻损耗,然后计算在不同频率下的交流电阻损耗,两者比值作为扁铜线电机端部绕组的AC /DC 电阻系数㊂扁铜线绕组端部AC /DC 电阻系数曲线如图7所示㊂图7 电枢绕组端部AC /DC 电阻系数3 仿真计算绕组总的AC 电阻损耗先计算出端部绕组的直流电阻值,然后通过端部绕组的等效AC /DC 电阻系数,计算出相应电源频 D设计分析esign and analysis 2019年第47卷第12期 姜 华 扁铜线电机交流损耗的计算方法 34 率下的绕组端部的每相交流电阻值,最后代入外电路R ac中进行联合仿真计算㊂因为Maxwell2D中,仿真结果中的solidloss只是扁铜线绕组直线部分的交流损耗值,故需后处理绕组的端部交流损耗值㊂即:p end=3I2rms R ac(1)式中:I rms为负载工况下的相电流有效值;R ac为负载工况下绕组端部的每相交流电阻㊂负载工况下整个扁铜线绕组的交流损耗等于端部绕组的交流损耗与直线部分的交流损耗之和㊂即:p ac=p end+p bar(2)式中:p bar为负载工况下绕组直线部分的交流损耗值,即仿真结果中绕组的solidloss㊂4 电机仿真和实测AC/DC电阻系数对比先计算出绕组直线部分的直流电阻R dc,然后在负载工况下仿真计算出相电流I rms,即可计算出直线部分直流电阻损耗值[4]:p bar=3I2rms R dc(3) 然后,计算负载工况下的直线部分交流损耗p bar,即可推出直线部分的AC/DC电阻系数㊂将绕组直线部分AC/DC电阻系数和端部AC/DC电阻系数按每相绕组直线部分和端部的长度之比,即可计算出整个绕组的AC/DC电阻系数㊂负载工况下(低频㊁中频㊁高频所对应的9个不同工况)仿真和实测对比结果如表1所示㊂通过仿真计算与实测数据的对比结果可以看出,仿真计算与实测结果偏差很小,最大相差7%㊂通过实验样机测试,电枢绕组温度为60℃时,得到电枢绕组在不同频率下AC/DC电阻系数,如图8所示㊂图8 60℃时实测AC/DC电阻系数表1 仿真和实测电枢绕组AC/DC电阻系数(60℃)转速n/(r㊃min-1)转矩T/(N㊃m)频率f/Hz仿真AC/DC电阻系数直线部分端部绕组实测绕组AC/DC电阻系数差值/%50017030.4 1.0098 1.0021 1.0058 1.0087-0.29 5006827.8 1.0094 1.0021 1.0021 1.0087-0.31 5001426.2 1.0096 1.0021 1.0056 1.0087-0.66 4610170236.1 1.3317 1.0964 1.2175 1.1830 2.91 461068233.3 1.3454 1.0964 1.2239 1.1830 3.346 461014233.3 1.3049 1.0963 1.2047 1.1830 1.83 1350055689.5 3.2664 1.4792 2.3550 2.19907.09 1350040683.5 3.1938 1.4791 2.3208 2.1990 5.54 1350010680 3.1676 1.4791 2.3084 2.1990 4.975 结 语对于发卡式扁铜线电机交流损耗的计算,此种利用ANSYS Maxwell2D仿真计算的方法能够在较短的时间内达到工程应用的要求㊂当然,如果需要更精确的模型校核计算,可以考虑建立3D模型,利用配置高的工作站校核计算㊂此方法可以加入电源部分PWM谐波进行仿真,但没有考虑电机参数对控制器PWM谐波的影响㊂如需考虑其影响,则需利用Simulink搭建控制器逆变电路进行联合仿真,并需要将控制器控制策略置入其中,目前对整个电机系统的联合仿真软件还不够成熟㊂参考文献[1] 唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].1版.北京:机械工业出版社,1997.[2] 赵博,张洪亮.Ansoft12在工程电磁场中的应用[M].1版.北京:中国水利水电出版社,2010.[3] 黄俊,王兆安.电力电子变流技术[M].3版.北京:机械工业出版社,1994.[4] 陈世坤.电机设计[M].2版.北京:机械工业出版社,2000.作者简介::姜华(1984 ),男,硕士研究生,研究方向为特种电机及其控制系统㊂(上接第31页)[11] ZHU Z Q,HOWE D,BOLTE E,et al.Instantaneous magneticfield distribution in brushless permanent magnet dc motorspart1:Open-circuit field[J].IEEE Transactions on Magnetics,1993,29(1):124-135.[12] 詹琼华.开关磁阻电动机[M].武汉:华中理工大学出版社,1992.作者简介:周智庆(1979 ),男,讲师,研究方向为高性能电驱动系统,新能源以及智能机电一体化技术及其系统㊂。
电机交流损耗概述.
2. 交流损耗的计算 2D有限元法计算交流损耗
哈尔滨工业大学，邹继斌等在《考虑临近效应的高速永磁无刷电机交流损耗》（2010， 电机与控制学报）中对一台3kw 30000rpm的电机进行了2D有限元建模计算。得出如下 结论： 1. 谐波对绕组交流损耗的影响：PWM调制引起的谐波电流是产生绕组涡流损耗的主要 原因；随着载波比增加，绕组的交直流损耗比逐渐减小；结论适用于SPWM和SVPWM逆 变器，两者趋势一样。 N=10 N=30 N=50
2. 交流损耗的计算 2D有限元法计算交流损耗
2. 槽口尺寸（槽口高度、槽口宽度）对绕组交流损耗的影响：绕组的交流损耗随机 槽口高度的增加而变大，随槽口宽度的增加而减小。
2. 交流损耗的计算 2D有限元法计算交流损耗
3. 导体径向位置对绕组交流损耗的影响：绕组偏槽口放置时的交流损耗明显大于中 间放置和偏槽底放置，但是和均匀放置时相差不多。
r 2
)2
（1）
l
2. 交流损耗的计算
槽内导体的涡流损耗（不考虑趋肤效应和临近效应）
假设：导体均匀分布在槽中，铁心磁导率无穷大，且忽略 导体涡流本身涡流磁场的影响。 对右图所示矩形槽，由安培环路定理可得高度y处的磁通密 度：
B b 0 n
y I h
→
Peddy
B
0 nIy
bh
（2）
2. 交流损耗的计算
实验验证方式
先对放置在空气中的线圈进行有限元计算和实验，这样就完全消除了铁耗的影响。接 着对高频铁氧体进行有限元建模和实验，由于高频铁氧体电阻率很大，因此忽略铁心 内的损耗，近似认为绕组两端所测得的损耗就是绕组的交流损耗。 由于电机绕组的交流损耗很难从电机总损耗中分离出来，为了验证PWM调制引起的 电流谐波对电机绕组的影响，在电机三相绕组中各串联一个高频铁氧体测试线圈，用 高精度电流传感器和功率分析仪测量不同载波比时测试绕圈的交流损耗，并建立测试 绕圈2D有限元模型。
车用扁铜线永磁同步电机绕组铜耗分析
车用扁铜线永磁同步电机绕组铜耗分析2. 浙江中车尚驰电气有限公司，浙江海宁 314400;3.湖南省新能源汽车电机工程技术研究中心，湖南株洲 412001）摘要：基于电机有限元仿真软件Maxwell对一台12极72槽的扁铜线永磁同步电机的绕组槽内分布对电机交流损耗的影响进行分析。
结果表明，扁铜线电机槽内导体集中上下层分布产生的交流损耗小于槽内导体交叉分布产生的交流损耗。
关键词：永磁同步电机；扁线绕组；交流铜耗0 引言永磁同步电机高功率密度、高效率等特点，在新能源汽车领域得到了大范围的应用。
在车载空间有限、消费者对车辆续航要求越来越高的情况下，汽车驱动电机向小型化、高功率密度、高效率方向化发展。
为了提高电机的功率、转矩密度，减小电机占用空间，扁铜线绕组永磁同步电机逐渐成为新能源汽车电机的研究热点。
与圆线电机相比，扁铜线电机具有更高的槽满率，绕组面积增加，直流损耗减小，有利于提高电机的运行效率。
但受到趋肤效应和邻近效应的影响，扁铜电机具有更高的交流损耗，电机绕组所处磁场频率越高，电机的交流损耗越大。
因此对扁铜线永磁电机的交流损耗研究成为重点[1-2]。
本文介绍了扁铜线电机常用的绕组类型，并根据不同的绕组类型分析了绕组不同层导体在槽内的排布，最后相同工况下计算了不同的排布方式对绕组交流损耗的影响。
1扁铜线绕组类别目前用于扁线电机上的绕组类型主要分为波绕组和叠绕组两类，叠绕组是将同一个主极下的导线串联在一起形成支路，波绕组则是将电机整个圆周上的同极性导线串联在一起形成支路。
对定子每槽导体数为偶的的扁铜线电机，槽内导体有多种叠放方式，其中有两种较为常用，第一种是相邻线圈奇数层和偶数层交叉叠放，另一种和传统圆线绕组相同，上下层叠放。
若槽内导体数量为8，对第一种线圈，1、3、5、7层导体属于线圈1，2、4、6、8层导体属于线圈2；对第二种线圈嵌放方式，1-4层导体属于线圈1，5-8层导体属于线圈二。
2电机铜耗分析电机的铜耗是电机损耗的主要组成部分之一，铜耗由直流损耗Pdc和交流损耗Pac组成[3-4]。
电机损耗计算
Power loss：这个名词，出现在11及之前的版本。
指的是感应电流对应的铜耗。
比如鼠笼式异步电机转子导条铜耗，永磁体涡流损耗等。
在12及更高版本中，该名词已更名为Solidloss。
Solidloss：如上解释，出现在12及更高版本中，指的是大块导体中感应电流产生的铜耗。
Coreloss：铁耗。
指的是根据硅钢片厂商提供的损耗曲线，求得的铁耗。
Ohmic_loss：感应电流产生的损耗的密度分布。
也就是Powerloss或Solidloss的密度。
Stranded Loss R：电压源（非外电路中的）对应的绞线铜耗。
Stranded Loss：电流源，外电路中的电压源或电流源，对应的绞线铜耗。
铜耗问题，阐述如下。
铜耗分为2部分，一是主动导体产生的，比如异步和同步电机定子绕组；二是被动导体产生的，比如鼠龙式异步电机转子导条。
主动导体一般是多股绞线（也就是stranded），被动导体一般是大块导体（solid）。
它们分别对应stranded loss(R)和solid loss。
主动导体损耗：需要设置导体为stranded，并施加电压源，电流源或外电路。
当施加的是电压源时，并且给定电机相电阻和端部漏电感（此处针对二维模型）值，则后处理中results/create transient report/retangular report/stranded loss R就是主动导体的损耗，比如异步或同步电机的定子铜耗。
当施加的是电流源，外电路中的电压源或电流源时，后处理中results/create transient report/retangular report/stranded loss就是主动导体的损耗。
建议选用电压源方法计算铜耗，因为电阻值是由用户指定的，而不是软件根据截面积和长度自动计算出来的，这样可以算得比较准确。
被动导体损耗：只需要给定被动导体的电导率，并且set eddy effect，则后处理中solidloss即是被动导体的损耗，比如鼠龙式异步电机转子导条。
高速永磁同步电动机绕组交流损耗计算
• 80•针对高速永磁同步电动机绕组高频损耗严重，计算较困难的问题，本文利用Ansoft有限元分析软件建立了考虑趋肤效应和邻近效应的有限元模型，对不同供电频率、不同并绕根数以及通风槽口高度对交流损耗的影响进行了详细的分析：电流频率的增大会导致绕组交流损耗增大；多根并绕可以减小导体的集肤效应，但同时也增加了导体的临近效应，选择并绕根数是应综合考虑这两方面因素；适当的增大槽口高度可以有效的减小绕组的交流损耗。
1 引言高速永磁同步电动机具有效率高，功率密度大，体积小、重量轻等优点，在电驱动领域和运动控制等方面有着广泛的应用前景。
在电机绕组中，由于集肤效应和邻近效应的作用，使得导体内部电流密度分布不均，产生附加铜耗。
但由于高速永磁同步电动机工作频率高，电机绕组中电流的集肤效应和邻近效应非常严重，造成电机绕组铜耗增大，给体积小，原本散热就较困难的高速电机增加了散热负担。
故在电机设计及优化时，有必要准确的预测电机定子绕组中的交流损耗（Xi Nan，Charles R.Sullivan.An improved calculation of proximity-effect loss in high-frequency windings of round conductors.PESC,2003；江善林，高速永磁同步电机的损耗分析与温度场计算：哈尔滨工业大学，2010；P.B.Reddy，Z.Q.Zhu，Seok-Hee Han，T.M.Jahns.Strand-Level proximity losses in PM ma-chines designed for high-speed operation(C).Proceedings of the IEEE on electrical machines，2008；倪光正，工程电磁场原理：高等教育出版社，2002）。
本文重点研究了高速永磁同步电机定子绕组在高频时趋肤效应和邻近效应影响下的交流损耗，利用Ansoft有限元分析软件建立了考虑趋肤效应和邻近效应的二维有限元模型，建立了每根导体的模型，研究了不同供电频率、不同绕组并联根数以及不同槽内通风道高度对电机绕组高频下的交流损耗的影响，分析了如何在设计电机的过程中尽可能的减小电机绕组的交流损耗。
电机铁耗和涡流损耗在maxwe中的计算
考虑到最近很多人在问这个问题，因此专门整理出来，供新手参考。
先谈一下什么情况下需要做铁耗分析。
对常规交流电机（同步或者异步电机），只有定子铁心才会产生铁耗，转子铁心是没有铁耗的，学过电机的人都明白的。
因此，只需要对定子铁心给出B-P曲线（也就是铁损曲线）。
注意，B-P 曲线分为单频和多频两种，能给出多频损耗曲线最好，这样maxwell算得准些。
设置完铁损曲线以后，还要记得在excitations/set core loss，对定子铁心勾选才行。
此时，不需要给定子和转子铁心再施加电导率，这是初学者容易忽视的问题。
后处理中，通过result/create transient reports/core loss查看铁耗随时间变化曲线。
再谈一下什么情况下需要做涡流损耗分析。
对永磁电机，永磁体受空间高次谐波的影响，会在表面产生涡流损耗；对实心转子电机，由于是大块导体，因此涡流损耗占绝大部分。
以上两种情况需要考虑做涡流损耗分析。
现以永磁电机为例，具体阐述。
对永磁体设置电导率，然后对每个永磁体分别施加零电流激励源，在excitations/set eddy effect，对永磁体勾选。
注意，若只考虑永磁体的涡流损耗，而不考虑电机其他部分（定转子铁心）的涡流损耗，则只需要给永磁体赋予电导率值，其他部件不需要赋电导率，这是初学者容易搞错的地方。
简而言之，只对需要考虑涡流损耗的部件，施加电导率，零电流激励和set eddy effect。
后处理中，通过results/create transient reports/retangular report/solid loss查看涡流损耗随时间变化曲线。
最后，再次强调一下，做涡流损耗分析，需要skin depth based refinement 网格剖分才行。
以上方法，适用于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并适用于所有电机种类。
一、MAXWELL分析磁场时，电气设备或电气元件（无论是电机还是变压器）主要包括两个部分，一个是励磁线圈，另外一个是磁性材料。
变频器供电交流电动机确定损耗和效率的特定试验方法
变频器供电交流电动机确定损耗和效率的特定试验方法变频器供电的交流电动机在工业生产中得到广泛应用，其损耗和效率的测定是电机设计和运行管理的重要内容。
为了确定变频器供电交流电动机的损耗和效率，需要进行特定试验方法。
本文将介绍这种特定试验方法的原理、方法和注意事项，以期提供客观完整的参考信息。
下面是本店铺为大家精心编写的4篇《变频器供电交流电动机确定损耗和效率的特定试验方法》，供大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
《变频器供电交流电动机确定损耗和效率的特定试验方法》篇1 1. 试验原理变频器供电交流电动机的损耗和效率特定试验方法基于电机的实际运行情况，通过测量电机的电压、电流、功率因数、温度等参数，计算出电机的损耗和效率。
该方法主要包括以下几个步骤：(1) 将变频器供电的交流电动机安装在试验台上，并连接好电源和测量仪器。
(2) 设置变频器的输出频率和电压，使电机运行在指定的工作点上。
(3) 测量电机的电压、电流、功率因数和温度等参数，并记录下来。
(4) 根据测量数据，计算电机的损耗和效率。
2. 试验方法变频器供电交流电动机损耗和效率的试验方法具体包括以下几个方面：(1) 测量仪表的选择和安装为了保证试验数据的准确性，应选择精度高、可靠的测量仪表。
仪表的安装应符合相关标准和规定。
(2) 试验条件的设置试验条件应根据电机的实际运行情况进行设置，包括变频器的输出频率、电压、电机的负载情况等。
(3) 试验数据的测量和记录测量数据应包括电机的电压、电流、功率因数、温度等参数。
测量数据应准确记录，并及时进行数据处理和分析。
(4) 损耗和效率的计算根据测量数据，应用相应的公式计算电机的损耗和效率。
计算结果应与标准值进行比较，以判断电机的运行状态是否符合要求。
3. 注意事项(1) 试验前应充分准备，包括检查试验设备、测量仪表的完好程度，确认试验条件等。
(2) 试验过程中应严格遵守安全操作规程，防止意外事故的发生。
(3) 试验数据应及时进行处理和分析，以便准确判断电机的运行状态和损耗情况。
交流电动机传动用电压源逆变器损耗的分析
交流电动机传动用电压源逆变器损耗的分析工业变频器/电压源逆变器/功率器件功耗/调制算法1引言三相交流供电的工业变频器在各行各业都得到了广泛的应用，带来了巨大的经济效益和社会效益，变频调速技术始终是电力电子变换技术的一个重要方面。
变频器设计涉及多个重要方面，其中包含散热处理，散热处理的好坏直接影响着安全运行。
由于实际采用的功率开关器件并非理想器件，必然存在着通态损耗和开关损耗，引起器件发热，因此变频器设计时必须考虑功率损耗的存在，以便设计合理的散热技术，减少热处理成本和提高运行可靠性。
目前工业变频器功率开关阵列包括整流器和逆变器，前者包括二极管整流器、电压源整流器和电流源整流器，后者主要包括电压源逆变器。
决定整流器损耗大小因素非常多：整流器型式、输入功率因数、调制算法、负载轻重和甚至电路参数设置等因素，决定逆变器损耗大小因素非常多：逆变器型式、输出功率因数、调制算法、负载轻重等因素。
本文在分析几种常用调制算法基础上，推导出几种逆变器调制策略功率损耗的计算公式，进行仿真分析，并以22kW工业变频器为例进行初步模拟计算。
2电压源逆变器功率损耗的分析功能最全面的、三相交流供电的交直交变频器的功率电路如图1所示，图1中发热开关器件主要包括不控整流桥二极管、制动器IGBT、和逆变器IGBT和续流二极管FWD。
整流桥的损耗与二极管的导通角、通过电流波形、负载大小、二极管的开关特性、电解电容容量等因素有关，逆变器的损耗与负载大小、负载特性、IGBT与续流二极管的开关特性、开关频率和调制算法等因素有关。
鉴于整流桥的损耗为不可控，因此本文只关心逆变器的损耗。
分析时忽略输出LC滤波器存在，认为逆变器输出交流电流为正弦波型。
忽略断态损耗后，IGBT的损耗主要包括通态损耗、开通损耗、关断损耗。
续流二极管的损耗主要包括通态损耗、关断损耗。
图1 三相不控整流器-电压源逆变器-异步电动机传统系统此外，还有IGBT的驱动损耗。
驱动损耗计算公式为=[(+Ugs)+(-Ugs)]Qg．fc （1）式中Q g表示全部栅极电荷，可以查阅IGBT参数，f c表示开关频率，+U gs表示开通驱动电压，-U gs表示关断驱动电压。
定子铜耗dc与ac
定子铜耗dc与ac
定子铜耗（也称为铜损耗）是指在电机运行过程中，由于定子线圈的电阻而产生的能量损耗。
定子铜耗可以分为直流（DC）和交流（AC）两种情况。
直流定子铜耗（DC定子铜耗）是指在直流电机中，由于定子线圈的电阻而产生的能量损耗。
直流电机的定子铜耗可以通过下述公式计算：
DC定子铜耗 = I^2 * R
其中，I是电机的电流，R是定子线圈的电阻。
交流定子铜耗（AC定子铜耗）是指在交流电机中，由于定子线圈的电阻而产生的能量损耗。
交流电机的定子铜耗可以通过下述公式计算：
AC定子铜耗 = 3 * I^2 * R
其中，I是电机的电流，R是定子线圈的电阻。
这里乘以3是因为交流电机的定子线圈通常为三相结构，所以定子铜耗需要乘以3。
需要注意的是，定子铜耗只是电机的一部分损耗，还有其他损耗如铁损耗、机械损耗等。
此外，电机的定子线圈电阻会随着温度的变化而改变，因此在实际应用中需要考虑温度对定子铜耗的影响。
电机交流损耗
Winding Copper Loss
石超杰 2014.11.25
概要
1. 交流损耗概述 2. 交流损耗的计算 3. 文 献 4. 总 结
1. 交流损耗概述
1.1 定子槽内的导体在基波漏磁通和谐波漏磁通作用下产生涡流（eddy current）， 因电机转速高、频率高，导体内的涡流较大，不可忽略。
2B2ld 4 128c
（1）
2. 交流损耗的计算
槽内导体的涡流损耗（不考虑趋肤效应和临近效应）
假设：导体均匀分布在槽中，铁心磁导率无穷大，且忽略 导体涡流本身涡流磁场的影响。
对右图所示矩形槽，由安培环路定理可得高度y处的磁通密 度：
B
b
0n
y h
I
→ B 0nIy （2）
2. 交流损耗的计算
实验结果
与用有限元分析的结果基本一致，但实验测得的损耗较分析值总是大一些，文章中并 没有对此分析。
3. 文 献
一些关于铜耗计算的实例
1. 张晓晨，李伟力等《定子结构型式对永磁发电机电磁性能影响》一文中计算一 117kw 60000rpm永磁电机的损耗时，计算铜耗并未考虑趋肤效应和临近效应的影响， 直接计算了绕组电流和绕组电阻后得出铜耗。（2011，电机与控制学报）
1 d2
但总的来说，有频率越高，损耗越大的趋势。
2. 交流损耗的计算
2D有限元法计算交流损耗
5. 并绕根数对绕组交流损耗的影响：在保持导体总面积不变的条件下，增加绕组并 绕根数在一定频率范围内能减小绕组交流损耗，但是超过一定频率后，再增加并绕根 数反而会增加交流损耗。这个频率称为最佳频率。
这是因为并绕根数增加能使趋肤损耗和外磁场引起的涡流损耗减小，但同时会增大临 近损耗。
【word】电动机损耗的比例变化规律及其对策
电动机损耗的比例变化规律及其对策烁也机(EXPLOSION—PROOFELECTRICMACHINE)2012年第2期第47卷(总第165期)电动机损耗的比例变化规律及其对策杨永平,华铭l无锡市太湖特种电机厂,江苏无锡(214117)2无锡市华达电机有限公司,江苏无锡(214131)摘要三相交流电动机的损耗可分为铜耗,铝耗,铁耗和杂散耗,风摩耗,前4种为发热损耗,其总和称为发热总损耗.阐述当功率从小到大变化时,铜耗,铝耗,铁耗,杂散耗对发热总损耗的比例变化.通过实例,铜耗和铝耗占发热总损耗的比例虽有波动,总体上由大变小,呈下降趋势.而铁耗杂散耗相反,虽有波动,总体上由小变大,呈上升趋势.功率足够大时,铁耗杂散耗超过了铜耗.有时杂散耗还超过了铜耗,铁耗,成为发热损耗的第一因素.再分析Y2电动机,以及观察各种损耗对总损耗的比例变化,揭示的规律类似.认识上述规律,得出不同功率电机降低温升和发热损耗的侧重点不同.对小电机,首先应降低铜耗;对中大功率电动机,应侧重降低铁耗杂散耗.认为”杂散耗比铜耗,铁耗要小得多”的观点是片面的.特别强调,电动机功率越大越要注意降低杂散损耗.中大容量电动机采用正弦绕组来降低谐波磁势及杂散耗,效果往往很好.而降低杂散损耗的各种措施,一般不需要增加有效材料.关键词铜耗;铝耗;铁耗;杂散耗;比例;变化中图分类号:TM306文献标识码:A文章编号:1008-7281(2012)02-0021-04V ariableLawofMotorLossRatioanditsCountermeasuresY ongpingandHuaMing AbstractThelossesofthree—phaseACmotorcanbedividedintocopperloss, aluminumloss,ironloss,strayloss,andwindandfrictionlosses.Thefistfouronesareheat losses,andsumofthemarereferredtoastotalheatloss.Thispaperbrieflydescribesthevar iableratioofcopperloss,aluminumloss,ironlossandstraylosstototalheatlosswhenpowe rchangesfromsmalltolarge.Firstly,itisshowninanexample.Although. theratiosofcopperlossandalumi-humlosstotoialheatlOSSarefluetuant,ageneraltrendisdownwardfromlarg etosmal1.Onthecontrary,theratiosofironlossandstraylosstototalheatlossarefluctuant,ag eneraltrendisupwardfromsmalltolarge.Whenthe9utputofmotorislargeenough,ironlos sorstraylossismorethancopperloss.Sometimes,straylossevenexceedscopperlossoriro nlossandbe—comesthebiggestoneintotalheatloss.Secondly,thevailablelawissimilarfor Y2seriesno.tors.Fromabovelaw,wecandrawaconclusionthatmotorswithdifferentoutp utshavedifferent emphasisindecreasingtemperatureriseandheatlosses.Weshoulddecreasec opperlossesforsmall—sizedmotors,whiledecreaseironlossesandstraylossesformediuma ndlarge—sizedno—tors.Thei deaof”straylossismuchsmallerthancopperlossandironloss”isone -sided.It shouldbestressedthatthegreaterofmotoroutputs,themoreattentionshouldb epaidforde—creasingstrayloss.Formedium-andlarge—capacitymotors.itisveryeffecti vetousesinewind?ingsforreducingharmonicmagneticpotentia1.Ingeneral,itisnotnecessaryt oreducestraylossbyincreasingeffectivemateria1...KeywordsCopperloss;aluminumloss;ironloss;strayloss;ratio;changeO引言三相交流电动机的损耗可分为铜耗P,铝耗P小铁耗P杂散耗P,风摩耗,前4种为发热损耗,其总和称为发热总损耗PQ,其中杂散损耗是除了铜耗P,铝耗P小铁耗P风摩耗21第47期)(EXPLOSION—PROOFELECTRICMACHINE)爆晓机第47卷(总第165期)(一).防侨1P4种以外的一切损耗,包括谐波磁势,漏磁场,斜槽横向电流等原因.由于杂散损耗计算困难,测试也比较复杂,很多国家规定,杂散损耗按电动机输入功率的0.5%计算,将矛盾简化.但是这个数值非常粗糙,而且不同设计不同工艺,往往差异很大,由此也掩盖了矛盾,不能真实地反映电动机的实际工作状况.近来实测杂散耗呼声愈高.在全球经济一体化时代,如何与国际接轨,又要有一定的前瞻性,则为大势所趋.本文研究三相交流电动机,当功率从小到大变化时,铜耗P铝耗P,铁耗P杂散耗P对发热总损耗P.的比例变化规律,由此得出对策, 以便将电动机设计制造得更合理更好.1电动机的损耗分析1.1首先观察一个实例.某厂v——X人,..1’H(+‰/PQ%.-_P}Pa‰+e|%—_一/尸.%图1E系列2极电动机铜耗铝耗铁耗杂散耗对发热总损耗的比例折线图(1)当电机的功率从小到大变化时,铜耗的比例,虽有波动,总体上由大变小,呈下降趋势, 0.75kW,1.1kW约占50%,而250kw,315kW已不到20%铝耗的比例变化,总体上也由大变小, 呈下降趋势,但变化幅度不大.(2)电机功率从小到大,铁耗的比例变化,虽有波动,总体上由小变大,呈上升趋势.220.75kW～2.2kW约为15%,而大于90kW时已超过30%,大于铜耗.(3)杂散耗的比例变化,虽有波动,总体上也由小变大,呈上升趋势.0.75kW～1.5kW约10%,而110kW时已接近铜耗,大于132kW的各规格,杂散耗大多超过了铜耗.而250kW,315kW 的杂散耗超过了铜耗铁耗,成了发热损耗中第一因素.4极电机(折线图略).110kW以上铁耗大于铜耗,250kW及3l5kw的杂散耗超过铜耗,铁耗, 成了发热损耗中第一因素.该系列2—6极电动机的铜耗和铝耗之和,小电机约占发热总损耗的65%～84%,而大电机下降到35%～50%,而铁耗相反,小电机约占发热总损耗的10%一25%,而大电机增加到约26%一38%.杂散耗,小电机约占6%一15%,而大电机增加到21%～35%.功率足够大时,铁耗杂散耗超过了铜耗.有时杂散耗还超过了铜耗铁耗,成为发热损耗中第一因素.1.2R系列2极电动机,杂散损耗实测.根据测试结果,求出铜耗铁耗杂散耗等对发热总损耗P的比例.图2显示电机功率与杂散耗铜耗的比例变化.图中纵坐标为杂散耗铜耗对发热总损耗的比例(%),横坐标为电动机功率(kW数),带菱形的折线为铜耗的比例,带正方形的折线为杂散损耗的比例.图2清楚地显示,总体上电机功率愈大,杂散耗对发热总损耗的比例也愈大,呈上升趋势.图2还显示大于150kW的各规格,杂散耗超过了铜耗.有几个规格电机,杂散耗甚至是铜耗的1.5～1.7倍.本系列2极电动机,功率从22kW到450kW,实测杂散损耗对P.的比例由不足20%上升到接近40%,变化幅度很大.如用实测杂散损耗对额定输出功率的比例表示,则约为(1.1～1.3)%,如用实测杂散损耗对输入功率的比例表示,则约为(1.0～1.2)%,后两种表达方式其比例变化不大,也难以看出杂散损耗对P.的比例变化.因此观察各发热损耗,特别是杂散损耗对P的比例,可以更好地认识各发热损耗的变化规律.防爆’龟机(EXPLOSION—PROOFELECTRICMACHINE)2012年第2期第47卷(总第165期)以上两例实测杂散损耗均采用美国的IEEE112B方法....一L_/,-一rI_|.J—,h./223745557590ljU150J220260jUU335375450图2R系列2极电动机铜耗杂散耗对发热总损耗的比例折线图1.3Y2系列电动机.技术条件规定杂散损耗取输入功率的0.5%,而GB/T1032--2005规定了杂散损耗推荐值,今取其中方法1,公式为P=(0.025—0.005Xlg(PⅣ))XP1式中P一为额定功率;P一为输入功率.我们假设杂散损耗实测值等于该推荐值,重新进行电磁计算,并由此求出铜耗铝耗铁耗杂散耗四个发热损耗对发热总损耗P的比例.其比例变化,同样符合上述规律.即:当功率从小到大变化时,铜耗,铝耗的比例总体上由大变小,呈下降趋势.而铁耗杂散耗的比例总体上由小变大, 呈上升趋势.无论2极,4极,6极,大于某个功率,铁耗将超过铜耗;杂散耗的比例也由小变大,渐渐接近铜耗,甚至超过铜耗.2极1lOkW以上杂散耗成了发热损耗中第一因素.图3为Y2系列4极电动机4种发热内)的比例,发现铜耗铝耗在小电机中占总损耗的60%～70%,而容量增大时下降到30%～40%,而铁耗相反,小电机比例小,而容量增大时要占30%以上.杂散损耗,小电机约占总损耗的5%一10%,而大电机约占15%以上.揭示的规律类似:即功率从小到大变化时,铜耗,铝耗的比例总体上由大变小,呈下降趋势,而铁耗及杂散耗的比例总体上由小变大,呈上升趋势.1.5根据GB/T1032--2005方法1规定的杂散损耗推荐值计算式,分子是实测杂散损耗值.电机功率从小到大,杂散损耗对输入功率的比例变化,递减下降,变化幅度不小,约2.5%～1.1%.如改分母为总损耗∑P,即P/∑P=Ps/P/(I一”11),若电机效率取0.667～0.967,则(1一-q)的倒数为3～30,亦即实测杂散损耗对总损耗的比例相比对输入功率的比例,放大3～30倍,功率越大,折线越快速上升.显然,若取杂散损耗对发热总损耗的比例,则”放大倍数”更大.上例R系列2极450kW电机,杂散损耗对输入功率的比例P/P稍小于上面推荐的计算值,而杂散损耗对总损耗∑P及对发热总损耗P.的比例分别为32.8%,39.5%,相比对输入功率P的比例,分别”放大”约28倍,34倍.本文观察与分析的方法主要是取4种发热损耗对发热总损耗P.的比例,比例数值大,能清楚地看到各种损耗的比例及变化规律,即功率从小到大,铜耗铝耗的比例总体上由大变小,呈下降趋势,而铁耗,杂散耗的比例总体上由小变大,呈上升趋势.特别是观察到,电机功率越大,杂散损耗占P的比例反而越高,渐渐接近铜耗,超过铜耗,甚至成为发热损耗中第一因素,因而能够正确认识其规律并重视降低大电机的杂散损耗.实测杂散耗对发热总损耗的比例,相比于杂散耗对输入功率的比例,只是换个方式来表达,并不改变其物理本质.2措施认识上述这一规律,有助于电动机的合理设计合理制造.电动机功率大小不同,降低温升降低发23第47雾猢期)(,ION-PRO0165EXPLOSIONPROOFELECTRICMACHINE1爆’包机第47卷(总第期)1I1热损耗采用何种措施,侧重点不同.2.1对小功率电动机,铜耗占发热总损耗比例高, 40%以上,甚至65%,因此降低温升首先应降低铜耗,如增大导线截面,减少每槽导体数,增大定子槽形,加长铁心等..工厂中往往以控制热负荷来控制温升,这对小电机来说,完全是正确的.控制本质上就是控制铜耗,根据A’,,以及定子内径,线圈半匝长,铜线电阻率等不难求出整台电动机的定子铜耗.2.2当功率从小到大变化时,铁耗渐渐接近铜耗, 大于lOOkW时铁耗一般超过了铜耗.因此大电机应重视降低铁耗.具体措施,可采用低损耗硅钢片,定子磁密不要过高,还要注意各部分磁密要分布合理.有些工厂对某些大功率电动机,重新设计,适当减小定子槽形.磁密分布较合理,适当调整了铜耗与铁耗的比例.虽然定子电流密度增加,热负荷增加,铜耗增加,但定子磁密降低,铁耗减少大于铜耗增加.性能与原设计相当,不但温升下降,还节约定子用铜量.2.3对降低杂散损耗,本文强调的是,电机功率越大越要注重降低杂散损耗.认为”杂散损耗比铜耗要小得多”的观点,仅适用于小电机.显然,按上文的观察与分析,功率越大越不适合.认为”杂散损耗比铁耗要小得多”的观点,同样也是不适合的.杂散损耗实测值对输入功率的比例,小电机高,而功率越大比例越低,但不能由此得出结论,小电机要重视降低杂散损耗,而大电动机则不大需要降低杂散损耗.正相反,根据上面实例及分析,电动机功率越大,杂散耗占发热总损耗的比例反而越高,杂散耗同铁耗都接近甚至超过了铜耗,所以电动机功率越大,越要注重降低杂散损耗.2.4降低杂散损耗的措施降低杂散损耗的办法,例如增大气隙,因为杂散耗近似与气隙两次方成反比;降低谐波磁势,例如采用正弦(低谐波)绕组;槽配合适当;减少齿槽效应,转子采用闭口槽,高压电机定子开口槽采用磁l生槽楔;铸铝转子脱壳处理减低横向电流,等等. 值得注意的是,以上措施一般都不需要增加有效材料.杂耗还与电机发热状态有关,如绕组散热好,电机内部温度低,杂耗也低.举例:某厂修理一台电动机,6极250kW.修理后试验,75%额定负荷下温升已达125K.后将气I口工到原尺寸的1.3倍.额定负荷下试验,温升竟降到了81K,充分说明了气隙增大,杂散耗已经大大降低.谐波磁势是杂散损耗重要因素,中大容量电动机采用正弦绕组降低谐波磁势,效果往往很好.设计较好的正弦绕组,用于中大功率电动机,当谐波幅值和比原设计降低45%一55%时,杂散损耗可降低32%～55%,不则温升降低,效率增高,噪声下降,还能节铜节铁.3结语3.1三相交流电动机,功率从小到大变化时,铜耗铝耗对发热总损耗的比例总体上从大到小,而铁耗杂散耗的比例总体上从小到大.对于小电机,铜耗占发热总损耗比例最高,随着电机容量增大,杂散耗及铁耗都接近及超过铜耗.3.2为降低发热损耗,电机功率不同,采取的措施侧重点也不同.对小电机,首先应降低铜耗.对中大功率电动机更要注重降低铁耗杂散耗.认为”杂散耗比铜耗铁耗要小得多”的观点是片面的.3.3杂散损耗占大电机发热总损耗的比例反而高.本文强调,电机功率越大越要重视降低杂散损耗.参考文献[1]江钟衍.异步电机质量控制.北京:机械工业出版社,2008作者简介:杨永平男1945年生:毕业于上海交通大学,高级工程师.现从事电机设计研究工作.收稿日期:2011-12—13。
电机在不同温度下的效率损失表
电机在不同温度下的效率损失表摘要：一、引言二、电机效率的影响因素三、温度对电机效率的影响四、电机正常工作温度范围及其承受温度上限五、结论正文：一、引言电机是现代工业生产中不可或缺的设备之一，其在不同温度下的工作效率和性能一直是行业研究的重点。
本文将对电机在不同温度下的效率损失进行探讨，以期为电机的使用和维护提供参考。
二、电机效率的影响因素电机的效率受到许多因素的影响，如设计、材料、负载、环境温度等。
在这些因素中，温度对电机效率的影响尤为显著。
三、温度对电机效率的影响1.温度对电机效率的影响主要体现在定、转子铜耗上。
温度越高，定子或转子（有铝转子，这时称i2r 损耗更合适）的绕组直流电阻越大，相同电流时，损耗越大。
2.具体影响的比例为：（k11）/（k12）1、2 分别为参与比较的两个温度k 为绕组导体材料在0 时电阻温度系数的倒数铜k1235；铝k1225；以铜绕组为例。
125 与75 相比，铜耗的比例为（235125）/（23575）1.16。
四、电机正常工作温度范围及其承受温度上限1.一般电机正常工作的温度范围应该是20 度以下，如果测量电机盖的温度超过环境温度25 度以上时，表明电机的温升已经超出了正常的范围。
2.一般电机线圈是由漆包线绕着的，而漆包线在温度高于150 度左右时其漆膜会因为温度过高而脱落，造成线圈短路。
当线圈温度在150 度以上时电机外壳所表现出的温度在100 度左右，所以如果以其外壳温度为依据则电机所承受的最高温度为100 度。
五、结论总的来说，温度对电机效率的影响是显著的，特别是在高温环境下，电机的效率损失会更加严重。
电动机效率与损耗分析
电动机效率与损耗分析(总3页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除第一章电动机效率与损耗分析异步电动机输入电功率，输出机械功率，在运行过程中产生恒定损耗和负载损耗。
恒定损耗包含风摩耗和铁心损耗，是不随负载大小变化的损耗。
负载损耗包含定子绕组损耗、转子绕组损耗和负载附加损耗(或称负载杂散损耗)，对绕线转子电机还包含电刷及转子外接电路的电损耗。
恒定损耗是电动机运行时的固有损耗，它与电动机材料、制造工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。
1、铁心损耗（含空载杂散损耗），亦简称铁耗，是恒定损耗的一种，由主磁场在电动机铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗组成。
铁心损耗大小取决于铁心材料、频率及磁通密度，近似的表示为：磁通密度B与输入电压U成正比，对某一台电动机而言，其铁耗近似于与电压的平方成正比。
铁耗一般占电动机总损耗的20%~25%。
2、风摩耗也称机械损耗（何不称为“机械损耗”），是另一种恒定损耗，通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗，对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗。
机械损耗一般占总损耗的10%~50%，电动机容量越大，由于通风损耗变大，在总损耗中所占比重也增大。
3、负载损耗主要是指电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，亦称铜耗。
它包括定子铜耗和转子铜耗，其大小取决于负载电流及绕组电阻值。
铜耗约占总损耗的20%~70%。
4、杂散损耗（附加损耗）P主要由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、铁心及其他金属部件内所引起的损耗。
这些损耗约占总损耗的10%~15%。
§1-2电动机的效率电动机的效率与损耗相对值( P)的关系如下式所示= 1一Σ P式中Σ P——电机总损耗Σ P =（++++ P）／PlP1——电机输入功率当一台电机效率为0.87时，由上式可见其损耗相对值为0.13，如损耗下降20％，则由上式可求得效率为0.896，即效率提高了2.6个百分点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.3 交变电流引起的趋肤效应（skin effect）和临近效应（proximity effect） 会增加电机绕组的铜耗。
1.4 导体交流损耗可表示为：
Peddy
I2
02 2d 4n2 y2l 128cb2h2
d4
Pdc
I 2 Rdc
I2
cl d 2 / 4
1 d2
但总的来说，有频率越高，损耗越大的趋势。
2. 交流损耗的计算
2D有限元法计算交流损耗
5. 并绕根数对绕组交流损耗的影响：在保持导体总面积不变的条件下，增加绕组并 绕根数在一定频率范围内能减小绕组交流损耗，但是超过一定频率后，再增加并绕根 数反而会增加交流损耗。这个频率称为最佳频率。
由于电机绕组的交流损耗很难从电机总损耗中分离出来，为了验证PWM调制引起的 电流谐波对电机绕组的影响，在电机三相绕组中各串联一个高频铁氧体测试线圈，用 高精度电流传感器和功率分析仪测量不同载波比时测试绕圈的交流损耗，并建立测试 绕圈2D有限元模型。
2. 交流损耗的计算
实验结果
与用有限元分析的结果基本一致，但实验测得的损耗较分析值总是大一些，文章中并 没有对此分析。
3. 文 献
一些关于铜耗计算的实例
1. 张晓晨，李伟力等《定子结构型式对永磁发电机电磁性能影响》一文中计算一 117kw 60000rpm永磁电机的损耗时，计算铜耗并未考虑趋肤效应和临近效应的影响， 直接计算了绕组电流和绕组电阻后得出铜耗。（2011，电机与控制学报）
2. 韩力，王华等《无刷双馈电机谐波铜耗与铁耗的分析》一文中搭建了一台笼型 BDFM的铜耗、铁耗计算模型，其中包括了定子铜耗的计算模型。特别地，考虑了笼型 转子频率较大时的趋肤效应，将趋肤效应引起的电流分布不均用交流电阻的增加系数 表示，对本项目的高速永磁电机有一定的参考价值。（2012，电机与控制学报）
槽内导体的涡流损耗（不考虑趋肤效应和临近效应）
假设：导体均匀分布在槽中，铁心磁导率无穷大，且忽略 导体涡流本身涡流磁场的影响。
对右图所示矩形槽，由安培环路定理可得高度y处的磁通密 度：
B
b
0n
y h
I
→ B 0nIy （2）
bh
由（1）、（2）可得：
Peddy
022d 4n2I 2 y2l 128cb2h2
3. 李虚怀，窦满峰等《稀土永磁无刷直流电机铜耗分析》中比较详细地运用了传统 铜耗分析的方法，论述了如何计算电枢绕组上的电流并用Matlab搭建仿真模型。 （2010，微电机）
4. 周凤争，刘宝成等《高速永磁无刷直流电机设计和实验》中主要分析了转子的设 计和铁耗，其中没有提及对铜耗的计算。（2010，电机与控制应用）
1. 谐波对绕组交流损耗的影响：PWM调制引起的谐波电流是产生绕组涡流损耗的主要 原因；随着载波比增加，绕组的交直流损耗比逐渐减小；结论适用于SPWM和SVPWM逆 变器，两者趋势一样。
N=10
N=30
N=50
2. 交流损耗的计算
2D有限元法计算交流损耗
2. 槽口尺寸（槽口高度、槽口宽度）对绕组交流损耗的影响：绕组的交流损耗随机 槽口高度的增加而变大，随槽口宽度的增加而减小。
2. 交流损耗的计算
2D有限元法计算交流损耗
3. 导体径向位置对绕组交流损耗的影响：绕组偏槽口放置时的交流损耗明显大于中 间放置和偏槽底放置，但是和均匀放置时相差不多。
2. 交流损耗的计算
2D有限元法计算交流损耗
4. 导体直径对交流损耗的影响：导体交流损耗随导体直径的增大而增大，同时直流 损耗随导体直径的增大而减小，故在一定频率下，导体的总损耗有最小值。
交流损耗
Winding Copper Loss
石超杰 2014.11.25
概要
1. 交流损耗概述 2. 交流损耗的计算 3. 文 献 4. 总 结
1. 交流损耗概述
1.1 定子槽内的导体在基波漏磁通和谐波漏磁通作用下产生涡流（eddy current）， 因电机转速高、频率高，导体内的涡流较大，不可忽略。
这是因为并绕根数增加能使趋肤损耗和外磁场引起的涡流损耗减小，但同时会增大临 近损耗。
2. 交流损耗的计算
实验验证方式
先对放置在空气中的线圈进行有限元计算和实验，这样就完全消除了铁耗的影响。接 着对高频铁氧体进行有限元建模和实验，由于高频铁氧体电阻率很大，因此忽略铁心 内的损耗，近似认为绕组两端所测得的损耗就是绕组的交流损耗。
Pac (交流损耗 ) Pd（c 直流损耗） Ps（k 趋肤损耗） Pp（r 临近损耗）
1. 交流损耗概述
1.5 趋肤效应：当交变电流流过导体时，导体周围变化的磁场也要在导体中产生感 应电流，从而使沿导体截面的电流分布不均匀，趋近于外表面的现象。
1.6 临近效应：互相靠近的导体通有交变电流时，每一导体不仅处于自身电流产生 的电磁场中，同时还处于其它导体中的电流产生的电磁场中，这使得各个导体中的 电流分布会受临近导体的影响而计算中取用有效值； d为导体直径；l为导体长度；
求得局部涡流损耗后积分可得整个导体的涡流损耗：
c为导体的电阻率；
Peddy
pr
d /2
0
Er2
2r
dr
l
d / 2 (r 2 )2
0
c
2
2r
l
dr
B和为磁密的幅值与角频率。
2B2ld 4 128c
（1）
2. 交流损耗的计算
3. 在查阅资料过程中发现ANSOFT还是计算损耗的普遍使用手段，因而下一阶段的 主要时间拟投入在软件的学习中。
2. 交流损耗的计算
导体内的涡流损耗公式（不考虑趋肤效应和 临近效应）
假设条件： B(t) B sin(t)
在半径为r处选一圆柱面进行计算，此处感应电势为：
Er
d dt
S
dB dt
r 2
cos(t)
此处涡流可近似认为在dr的范围内流动，则可以得到这样一
个环流所遇到的电阻为：
式中：
Rr
c L
S
5. 余莉，胡虔生等《高速永磁无刷直流电机铁耗的分析和计算》中比较详细地给出 了铁耗的计算方法，并用实验验证。（2007，电机与控制应用）
4. 总 结
1. 这一周主要查阅了交流损耗的一些文献和资料，对涡流损耗的基本公式进行了推 导，明确了传统交流损耗的计算方式。
2. 在本项目中的设计目标是4~6万转的高速电机，考虑到电机工作时的转速高、频率 高的特点，定子绕组中的涡流损耗、趋肤损耗及临近损耗都会明显变大，值得设计时 关注，但在国内的高速电机研究资料中关于这部分的讨论很少，推测可能的原因有两 个：一是可能传统的铜耗计算方式虽然不准确但并不造成很大误差，在留有一定裕度 的情况下不致成为电机设计的主要影响因素；二是可能因为在考虑涡流、趋肤效应、 临近效应的情况下损耗分析计算十分复杂，加上交流损耗难以从电机总损耗分离等原 因导致并没有单独研究这一问题。
从中可以看出，影响槽内导体涡流损耗的因素有：导体的直径、长度、电阻率，导 体所在的位置，槽的几何参数等。
此外，趋肤效应和临近效应将使涡流损耗的计算十分复杂，文献提及采用2D有限元 法对此进行分析。
2. 交流损耗的计算
2D有限元法计算交流损耗
哈尔滨工业大学，邹继斌等在《考虑临近效应的高速永磁无刷电机交流损耗》（2010， 电机与控制学报）中对一台3kw 30000rpm的电机进行了2D有限元建模计算。得出如下 结论：