效率与损耗

损耗与效率

§1 概述

一、损耗与效率的关系

效率是电机的一个重要性能指标

↑↑↓→↓↓∑耗材尺寸,,,:,δδB A p B A 效率高低取决→损耗大小p ∑→

材料性能、绕组型式、电机结构等 高效电机就是设法降低电机的损耗、多用材料。

二、电机损耗分类

铁心中的基本损耗——主要是主磁场在铁心中交变产生的磁滞、涡流损耗 表面损耗：定转子开槽而引起的气隙磁导谐

波磁场在对方铁心表面产生的损耗

空载铁心中附加损耗

脉振损耗：定、转子开槽使对方齿中磁通因电机旋

损耗 转而变化所产生的损耗 电气损耗：工作电机在绕组铜中产生的损耗，包括接触损耗

负载时附加损耗：漏磁场包括谐波磁场在定、转子绕组中、铁心及结构件中引起的各

种损耗

机械损耗：通风损耗、轴承磨擦损耗、电刷和换向器（集电环）磨擦损耗

§2 基本铁耗

产生的原因：由主磁场在铁心内发生变化时所产生的

主磁场的变化：①交变磁化性质：变压器铁心、定转子齿中发生

②旋转磁化性质：定、转子铁轭中发生的

一、磁滞损耗

1、磁滞损耗系数：单位质量铁磁物质内由交变磁化引起的磁滞损耗h p

2、磁滞损耗耗系数计算

在电机铁心内磁通密度T B 6.10.1≤≤时：

磁密振幅

交变磁化的频率下测在周波频率取决于材料性能的常数------=B f HZ fB p h h h h )

50(2

σσσ

(h p 与f 、B 有关，与材料有关) 任意频率下： 2

50

B f p h

h σ= 3、旋转磁化引起的磁滞损耗一般较交变磁化放大45-65%（轭磁密一般在） 这在以后计算基本铁耗时用系数a k 考虑。

二、涡流损耗 1、产生的原因：

铁心中的磁场发生变化时，在铁心中感应电势，会产生电流，这电流即涡流。由它引起的损耗为涡流损耗。 2、涡流损耗系数计算

电阻率

钢片密度钢片厚度------∆∆=

=ρρπσσFe Fe Fe

Fe

e e e d d fB p 6)

(222

任意频率下： 2)50

(

B f

p e e σ= 涡流损耗系数e p 与B 、f 及材料厚度平方Fe ∆成正比。

三、轭部及齿部的基本铁耗

1、钢的损耗系数（比损耗） 22)50

(50B f

B f p p p e h e h Fe σσ+=+= 2、钢比损耗简便计算

3

.125010

)50

(

f B p p Fe = （瓦/公斤） 3、基本铁耗计算

⎪⎪⎩⎪⎪⎨

⎧↑=p B B k G G p k P a Fe Fe Fe a Fe 同使旋转磁化与交变磁化不

随时间不按正弦变化分布不均匀接考虑钢片加工后钢自短量交变或旋转磁化的钢质.4.3.2.1: ① 定子或转子（齿联）轭中的基本铁耗 轭中的损耗系数： 3.12

5010

)50

(

f B p p j Fej = 轭中基本铁耗： ⎩⎨⎧=>=<=⨯=-3

.11005.1100:,6

.3:)

(103

a N a N

a j Fej a Fej k kVA

P k kVA

P k kW G p k P 异步机隐直流机 ② 齿中基本铁耗

齿中的损耗系数： 3.12

5010

)50

(f B p p t Fet = 齿中的基本铁耗： ⎩⎨

⎧=>=<==⨯=-7

.11000.2100:8.1:0

.4:)

(103

a N a N a a t Fet a Fet k kVA

P k kVA

P k k kW G p k P 同步机异步机直流机

4、降低铁耗方法

B ↓（使各部分磁密不要过高）→δB ↓； Fe ∆↓→50

10p ↓（e p ↓）；

选用好材料 50

1012

50

1022

50

1031

p D p D p D <<

§3 空载时铁心中的附加损耗

（一）空载时铁心中的附加损耗指的是：铁心表面损耗、齿中脉振损耗

（二）附加损耗产生的原因：气隙中谐波磁场

电机铁心开槽导致气隙磁导不均匀

空载励磁磁势空间分布曲线中有谐波

⎪⎩

⎪

⎨⎧⇒⇒⇒⇒⎪⎭⎪

⎬⎫⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧

⎩⎨⎧⎩⎨⎧⇒→→⇒⇒⇒⇒⇒⇒脉振损耗

表面损耗

间凸凹面间距介于它们之损耗磁滞涡流

脉振

小得多比谐波波长异步齿距凸凹面间距涡流损耗表面损耗大得多

比谐波波长同步极距凸凹面间距磁势谐波磁场更高次谐波磁场气隙不均匀高次谐波磁场

气隙均匀齿谐波磁势相带谐波磁势谐波磁势气隙磁导齿谐波磁场匀铁心开槽气隙磁导不均

基波磁势λλτ)()(00F I

气隙谐波磁通的路径

a) 在极弧表面 b) 深入齿部 c) 在表面及齿中

下面仅介绍由铁心开槽引起的空载表面损耗及脉振损耗的计算方法 （空载励磁磁势谐波产生的这类损耗，一般在隐极同步机中方需考虑）

一、直流机及同步机整块（或实心）磁极的表面损耗

1、产生原因：是由气隙磁导齿谐波磁场与磁极表面相对运动在磁极表面引起的涡流损耗。因

为频率很高，基本上集中在表面一薄层内，称表面损耗。

齿谐波（磁场）频率： 60

Zn

f Z =