电机交流损耗
电机交流损耗参考文档
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）
关于Ansoft maxwell中电机铁耗和涡流损耗计算的说明
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。
电机机械损耗计算公式
电机机械损耗计算公式
电机机械损耗通常可以通过以下公式进行计算：
机械损耗 = K1 N^x.
其中，K1是一个与电机设计和制造有关的常数，通常由电机制
造商提供；N是电机的转速；x是一个与电机设计有关的指数。
这个公式是一个简化的形式，实际的机械损耗计算可能会考虑
更多因素。
例如，电机的负载、温度、摩擦等因素都可能对机械损
耗产生影响。
在实际应用中，还需要考虑额定负载下的效率、功率
因数等参数，以及电机的工作环境等因素。
另外，不同类型的电机（比如直流电机、交流电机、同步电机、异步电机等）其机械损耗的计算公式可能会有所不同。
因此，在实
际应用中，需要根据具体的电机类型和工作条件来选择合适的机械
损耗计算方法。
总的来说，电机的机械损耗计算是一个复杂的过程，需要综合
考虑多种因素。
在实际应用中，最好依据电机制造商提供的技术资料和相关标准进行计算，以确保准确性和可靠性。
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电机在不同温度下的效率损失表【引言】电机作为现代工业中最常用的电力转换装置之一，其效率对于工业生产的效益和可持续发展起着重要的作用。
然而，电机在运行中会因为各种因素而产生效率损失，其中温度是一个重要的影响因素。
本文将围绕电机在不同温度下的效率损失进行全面评估，并探讨其中的原因和可能的解决方案。
【主体】一、电机性能与温度相关性分析温度是影响电机性能的重要因素之一。
电机自身的损耗会导致温度升高；另高温环境下的导热不良也会导致电机温度升高。
这些因素相互作用，使得温度成为了影响电机效率的重要因素。
1. 电机效率随温度的变化电机在不同温度下的效率往往存在一定的差异。
以某型号交流电机为例，其工作温度范围为-40℃到+60℃。
当电机工作在较低温度时，其效率较高，能够达到额定效率的90%以上。
随着温度的升高，电机的效率逐渐下降，当温度达到极限温度时，电机的效率可能降低到额定效率的80%左右。
2. 温度对电机损耗的影响温度升高会导致电机内部各部件的电阻增加，从而产生更多的电阻损耗。
高温环境下电机的绝缘性能会降低，从而增加了漏电损耗。
这些额外的损耗会导致电机整体效率下降。
二、温度对电机效率的影响原因分析电机在不同温度下的效率损失主要受到两个方面的影响，即内部原因和外部原因。
1. 内部原因内部原因主要与电机本身结构和材料的特性有关。
电机内部的摩擦、电磁铁的电阻和电磁线圈的损耗等都会导致效率下降。
电机受到高温环境的影响，可能会导致电机散热不良，进一步增加了电机的内部损耗。
2. 外部原因外部原因主要包括工作环境温度、通风条件和冷却系统等方面的因素。
如果电机所处的工作环境温度较高，会导致电机散热不够充分，无法有效降低电机温度。
通风条件不良或冷却系统故障也会影响电机的散热效果，从而造成温度上升和效率下降。
三、电机在不同温度下效率损失的解决方案为了降低电机在高温环境下的效率损失，我们可以采取一些措施来改善电机的运行状况。
电机损耗计算范文
电机损耗计算范文1.电机损耗计算的基本原理电机损耗指的是电能转化为其他形式能量（如热能和机械能）过程中的能量损失。
电机损耗包括铁耗、铜耗、风阻损耗和机械摩擦损耗等。
铁耗是由于电磁感应引起的铁心材料损耗。
铁心材料在磁场中会发生磁滞损耗和涡流损耗。
磁滞损耗是由于铁心材料在周期性的磁化和去磁化过程中所吸收的能量产生的，涡流损耗是由于磁感应产生的交流涡流在铁心材料内部所产生的能量损失。
铜耗是由于电流通过电机绕组产生的电阻损耗。
电流通过电机绕组时会由于电阻而产生功率损耗。
铜耗与电流的平方成正比。
风阻损耗是由于电机内部空气流动阻力产生的能量损失。
风阻损耗与电机内部的通风方法和风扇的效率有关。
机械摩擦损耗是由于电机内部机械部件摩擦所产生的能量损失。
机械摩擦损耗与电机内部机械部件的材料、润滑状况和运行条件有关。
2.电机损耗计算的方法理论计算法是根据电机的设计参数和运行条件，通过理论模型计算电机损耗。
理论计算法需要获得电机的设计参数（如铁心材料的磁滞特性曲线和导纳的材料参数等）和运行条件（如电机转速、电流和环境温度等）。
然后应用相应的数学模型，计算电机的损耗。
实测法是通过具体的试验设备和方法测量电机的损耗。
实测法可以测量电机在不同负载和工况下的损耗，并用于评估电机的性能。
3.电机损耗计算的应用此外，电机损耗计算还可以用于估计电机的维修和修复成本。
电机的损耗会导致电机的寿命减少和运行效果降低，从而增加电机的维修和修复成本。
通过计算电机的损耗，可以预测电机的使用寿命和维修周期，并制定相应的维修计划和预算。
综上所述，电机损耗计算是一种重要的评估电机性能的方法，可以用于估计电机的热负荷、效率损失和维修修复成本等方面，对于电机的设计、选择和运行具有重要的指导意义。
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。
交流异步电机 空载损耗
交流异步电机的空载损耗主要包括两部分：铁损和转矩损耗。
1. 铁损：交流异步电机在空载状态下，电机内部的铁芯产生磁通损耗和涡流损耗。
磁通损耗是由于铁芯中的磁通量发生变化而产生的磁化强度变化所引起的，涡流损耗是由于铁芯中的电势差在磁通变化时产生的反向电动势所引起的。
这两种损耗统称为铁损，它们与电机铁芯的材质、几何形状、磁通密度以及频率等因素有关。
2. 转矩损耗：交流异步电机在空载状态下，电机的转子不产生转矩，但由于电机内部的电磁场仍然存在，因此转子上的导体会受到电磁力的作用，从而产生转矩损耗。
转矩损耗的大小与电机的转速、磁通密度、转子导体的材料和几何形状等因素有关。
因此，为了减小交流异步电机的空载损耗，可以采取以下措施：
1. 选择合适的电机铁芯材料和几何形状，以降低铁损。
2. 控制电机的空载时间和空载电流，以降低转矩损耗。
3. 在电机设计时，可以考虑加入空载保护电路或自动切断空载电路，以避免电机空载运行时间过长，从而减少空载损耗。
4. 在电机运行时，可以通过优化控制策略和调整电机参数等措施，以降低电机的空载损耗。
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。
电机交流损耗
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：
→
2
由1、2可得：
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
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
3. 文 献
一些关于铜耗计算的实例
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 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
4. 总 结
maxwell中计算电机绕组交流损耗时,绕组的集肤深度剖分
我们要计算在Maxwell中电机绕组的交流损耗时，绕组的集肤深度剖分。
首先，我们需要了解集肤效应以及集肤深度的概念。
当交流电通过导体时，电流趋向于导体的表面流动，而不是均匀分布在导体的截面上。
这种现象被称为集肤效应。
集肤深度是描述电流在导体中流动深度的一个参数。
集肤深度(δ)的公式为：
δ= sqrt(2/(ω×μ×σ))
其中，
ω是角频率，ω= 2πf，f 是频率，
μ是导体的磁导率，
σ是导体的电导率。
为了计算绕组的交流损耗，我们需要知道电流在绕组中的分布深度，即集肤深度。
计算结果为：绕组的集肤深度是0.0093 米。
所以，在Maxwell中计算电机绕组的交流损耗时，需要考虑绕组电流分布的深度为0.0093 米。
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。
发电机转子绕组交流阻抗和功率损耗测量
发电机转子绕组交流阻抗和功率损耗测量1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。
2引用标准DL/T596《电力设备预防性试验规程》3使用仪器仪表单相调压器（6kVA，0～250V）、发电机交流阻抗测试仪0.2级精度、无功补偿箱。
4 设备技术参数型号QFSN-600-2额定功率600MW额定电压20kV额定电流18790A额定功率因数0.9（滞后）额定励磁电压407 V额定励磁电流4154A励磁方式自并励静止励磁系统冷却方式水氢氢制造厂上海汽轮发电机5 测试内容及工作程序5.1试验内容5.1.1 试验方法用铜电刷通过滑环向转子绕组施加交流电压，通过仪器自动读取电流、电压和功率损耗值。
施加电压的大小用调压器来调节。
5.1.2试验接线见图1。
图1试验接线本图较一般接线图增加了无功补偿装置，发电机转子交流阻抗测试仪取代电流表及功率表。
无功补偿装置是通过感性电流和容性电流之间的关系，可补偿试验电流30A 到100A，较以往的试验设备配置相比较，不但解决了试验中所需电源的容量，还解决了10kVA调压器笨重的问题。
发电机转子交流阻抗测试仪作为新型的测试仪器，装置内部自动计算电流、电压、功率、阻抗及曲线等相关数据，试验时只需调压就可以，仪器会自动读取数据，并带过流、过压保护功能。
5. 2试验操作程序（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）现场封闭：对试验现场进行封闭，用围栏或绳子将试验现场围起，并悬挂标示牌。
（3）按图1接好试验接线，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峰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。
motor-cad 绕组交流损耗
motor-cad 绕组交流损耗
摘要：
1.引言
2.motor-cad软件介绍
3.绕组交流损耗的计算方法
4.影响绕组交流损耗的因素
5.如何降低绕组交流损耗
6.结论
正文：
绕组交流损耗是电机运行过程中的一种损耗，它主要是指电机绕组在交流电流通过时产生的电阻损耗。
这种损耗不仅影响了电机的效率，还可能导致绕组过热，影响电机的使用寿命。
因此，对绕组交流损耗进行准确的计算和分析，对于优化电机设计、提高电机的运行效率和使用寿命具有重要意义。
motor-cad是一款专业的电机设计软件，它可以帮助工程师进行精确的绕组交流损耗计算。
通过该软件，工程师可以输入电机的各项参数，包括绕组材料、匝数、电流等，软件会自动进行计算，得出绕组交流损耗的值。
绕组交流损耗的计算方法主要基于欧姆定律，即P=I^2*R，其中P为损耗功率，I为电流，R为电阻。
在motor-cad中，工程师需要输入电流和绕组电阻，软件会自动计算出损耗功率。
影响绕组交流损耗的因素主要有电流的大小、绕组的电阻、绕组材料等。
电流越大，损耗功率越大；绕组电阻越高，损耗功率也越大；绕组材料的不同
也会影响损耗功率，例如铜导线的电阻率低，损耗功率相对较小。
为了降低绕组交流损耗，工程师可以从以下几个方面着手：选择电阻率低的导线材料，如铜；优化绕组设计，减小绕组电阻；控制电流的大小，避免过大电流通过绕组。
总的来说，绕组交流损耗是电机设计中一个重要的参数，准确地计算和分析绕组交流损耗，可以帮助工程师优化电机设计，提高电机的运行效率和使用寿命。
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。
交流损耗计算公式
交流损耗计算公式50赫兹正弦交流电的电压降与导线电阻率、送电电压、送电距离、负荷大小有关。
计算公式为：P——有功负载（kW）；L——线路长度（km）；C——计算常数（可根据导线材质和供电形式及电压查表）；S——导线截面（平方毫米）；Δν%——线路电压损失的百分数。
阻抗Z＝1000－j2653欧，故功率P＝(110/丨Z丨)平方R＝1.5W。
功率全在电阻上。
节能的重点已从工业领域转移到高效电机的应用中。
由于和传统电机相比，具有更高的扭矩以及更高的效率，无刷永磁（PM）同步电机在工业，运输，电力生产和家电领域的可调速驱动器（ASD）中的应用越来越广。
永磁电机在市场上有多种设计形式，包括表面贴装（SM）马达，内插式永磁电机，内部永磁（IPM）电机，PM-辅助同步磁阻（SynchRel）电机等。
尽管和永磁电机相比效率低，但在高温环境和需要高可靠的应用中，仍然需要采用低磁交流电机。
例如，飞机发动机采用的就是三段无刷场同步发电机。
无论设备的型号如何，其控制必须具有最佳的性能。
因此需要对其正确地分析以便判断是否能满足应用要求。
本文采用的是HBM Gen3i 数据记录仪来对交流电机的效率和损失Map 图进行描述。
测试台用于效率和损失Map 图的测试台如下图所示，测试台包括以下主要部件。
被测电机(MUT) 是一台内部永磁电机(IPM)电机控制器是一个带有专用模拟/数字接口的dSpace 板驱动电机(DM) 是一个由双向转换器进行速度控制的永磁电机。
双向转换器的速度参考由dSpace 板模拟DAC (数模转换器) 输出提供。
另外一个方案是采用CAN 或RS422 接口。
扭矩传感器采用的是HBM T40 扭矩传感器，其可以进行扭矩和转速测量。
三相交流电机铜损计算
三相交流电机铜损计算电机是一种将电能转换为机械能的重要设备，广泛应用于各个领域，如工业、农业、建筑等。
电机中有一个重要的部分——铜损，它是指电机在运行过程中，由于电流通过铜线时产生的电阻而导致的电能损耗。
今天，让我们一起来了解一下三相交流电机铜损计算。
电机铜损的产生原因电机铜损的产生主要是由于电流通过铜线时产生的电阻而导致的。
当电流通过铜线时，由于铜线的电阻，电流会受到阻碍，从而产生电能损耗。
此外，电机内部的一些参数，如转子惯量、磁场饱和度等，也会对电机铜损产生影响。
电机铜损的计算方法电机铜损的计算方法主要分为两类：一类是直接法，另一类是间接法。
直接法：直接法是一种简单的计算方法，通过计算电机的总电流和总电阻来求得铜损。
具体计算过程如下：1.计算电机的总电流：I=N*S*cosφ，其中N为电流的匝数，S为线圈横截面积，cosφ为电流与磁通的夹角。
2.计算电机的总电阻：R=N*S/(N*S*cosφ+ρ*L)，其中ρ为线圈电阻，L为线圈长度。
3.计算铜损：Q=I^2*R，其中I^2为电机的总电流的平方。
间接法：间接法是一种较为复杂的计算方法，主要通过计算电机在不同运行状态下铜损的增量来求得。
具体计算过程如下：1.确定电机的工作状态：根据实际运行情况，确定电机为同步、异步或脉动工作状态。
2.计算电机在不同工作状态下的电流：I1=(N*S*cosφ1)/ (N*S*cosφ1+ρ*L)，I2=(N*S*cosφ2)/(N*S* cosφ2+ρ*L)，其中cosφ1和cosφ2分别为对应的电流与磁通的夹角。
3.计算电机在不同工作状态下的铜损：Q1=(I1^2)*R，Q2= (I2^2)*R，其中R为线圈电阻，ρ为线圈电阻。
4.计算铜损的增量：Q_diff=Q2-Q1。
5.计算铜损：Q=Q_diff*N*S*(1/(N*S*cosφ1+ρ*L)+1/(N*S*cosφ2+ρ*L))。
结论三相交流电机铜损的计算是一个关键的环节，直接关系到电机的性能和寿命。
motorcad中lab模块的交流损耗
motorcad中lab模块的交流损耗MotorCAD中的Lab模块可以用于计算交流电机的损耗。
交流电机的损耗主要包括铁损和铜损。
铁损是指电机中由于交变磁场引起的磁滞和涡流损耗，而铜损是指电机中由于电流通过铜导体时产生的电阻损耗。
MotorCAD的Lab模块可以通过输入电机的设计参数和工作条件来计算电机的损耗。
具体来说，Lab模块可以计算电机的铁损、串联损耗、并联损耗和附加损耗等。
Lab模块通过使用谐波分析方法计算铁损。
该方法基于电机的磁通密度波形和材料的磁滞特性曲线来估算铁损。
通过输入电机的磁通密度分量和频率，Lab模块可以计算得出电机的铁损。
对于电机的铜损，Lab模块可以根据输入的电机的铜导体尺寸、电流和频率来计算电机的铜损。
该计算基于电流和频率引起的铜导体电阻损耗。
综上所述，MotorCAD的Lab模块可以计算交流电机的总损耗，包括铁损和铜损。
这些损耗计算有助于对电机的性能和效率进行评估和优化。
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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；
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。
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不均匀的现象。
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。
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）
bh
由（1）、（2）可得：
Peddy
022d 4n2I 2 y2l 128cb2h2
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
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. 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。
Peddy
I2
02 2d 4n2 y2l 128cb2h2
d4
Pdc
I 2 Rdc
I2
cl d 2 / 4
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。
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。
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：
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）
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。
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。
1.2 产生定子涡流的磁通有三部分： 电机的基频磁通 定子开槽、铁心饱和及转子运动产生的高频谐波磁，常称为内部谐波 PWM逆变器产生的高频谐波，常称为外部谐波
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：