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1、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（A, B :工 p J, A J, B It 尺寸 T,耗材 T6S效率高低取决T损耗大小工p TVL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!铁心中的基本损耗一一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
2、各i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：交变磁化性质：变压器铁心、定转子齿中发生 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 ph2、磁滞损耗耗系数计算在电机铁心内磁通密度1.0 B 1.6T时：p =a fB2c -取决于材料性能的常数在周波频率50HZ下测）h h h hf -交变磁化的频率B -磁密振幅（p与f、B有关，与材料有关）h任意频率下：p = c fB2h h 503、旋转磁化引起的磁滞损耗一般较交变磁化放大4
3、5-65%（轭磁密一般在）这在以后计算基本铁耗时用系数 k 考虑。a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p =c （fB）2c =兰空止A -钢片厚度e A 丿e 6 pdFeFed - - 钢片密度Fep - -电阻率任意频率下：p = c （ B）2e e 50涡流损耗系数 p 与 B 、 f 及材料厚度平方 A 成正比。eFe三、轭部及齿部的基本铁耗1、钢的损耗系数(比损耗) p二p + p = B2 +c (fB)2Fe h e h 50 e 502、钢比损耗简便计算3、基本铁耗计算
4、Fe . B 2()1.3io 50、50瓦/公斤）P =k p GG :交变或旋转磁化的钢质量Fe a Fe Fe Fe1.考虑钢片加工后钢自短接2.B分布不均匀 k a 3.B随时间不按正弦变化4. 旋转磁化与交变磁化不同使p T 定子或转子（齿联）轭中的基本铁耗轭中的损耗系数：p二p B 2（f ）1.3Fee 10 50 j 50轭中基本铁耗：P = k p G x 10-3（kW）Fej a Fej j 齿中基本铁耗齿中的损耗系数：p二pB2（”Fet 10 50 t 50齿中的基本铁耗：P = k p G x 10-3（kW）Fet a Fet t直流机：k = 3.6a隐,异步机
5、:P 100kVANk =1.5ak =1.3a直流机 : k = 4.0a异步机 : k = 1.8aP 100kVAN同步机:k = 2.0ak =1.7a4、降低铁耗方法B J （使各部分磁密不要过高）A JT p J( p J)；Fe10e50p D105012p10,50选用好材料D p D311022503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L空载励磁磁势空间分布曲线中有谐波基波磁势=铁心开槽气隙磁导不均匀=气隙磁导齿谐波磁场V谐波磁势n相带谐波磁势齿谐波磁势气隙均匀
6、t高次谐波磁场气隙不均匀t更高次谐波磁场n 磁势谐波磁场凸凹面间距（同步极距T）比谐波波长九大得多n表面损耗涡流损耗n凸凹面间距（异步齿距）比谐波波长九小得多n脉振 涡流 磁滞损耗凸凹面间距介于它们之间n表面损耗脉振损耗a)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
7、率：f二ZnZ 60B齿谐波磁密最大值： B二B - B二（k -1）Bk二5 max05 max 5555B5bB二卩B 二卩k B卩由查取曲线00 5 max0 5 50 52、磁极表面涡流损耗计算 假设：a）谐波磁密在空间按正弦分布，其幅值为B （忽略极面涡流对B的削弱作用）;00b）磁极磁导为常数（不考虑饱和）；c）磁极轴向长度较长，磁极表面仅有轴向电流。 方法：麦氏方程T偏微分方程T解方程T通解T代边界条件T特解 单位表面涡流损耗P = k (B t)2(Zn)i-5，口 004z2 Pko =击（扑 实际上考虑假设引起误差，忽略磁滞，ko要大（按表5-2）如 B5 为正弦分布，则气
8、隙磁导齿谐波也将作正弦变化。511 T x1q = k - （B t）2（Zn）i-5平均值一fT（B sin 兀）2dx = B 200 2 0T 0 0 T2 0p = q A x 10-3(kW)Fep 0 p与B大小有关,B T,B T, p T 550 Fep5 J, B T,b T, b T, p T050 Fep 表面损耗3、表面损耗与哪些因素有关B = （1- k ）B与B2成正比：0 b 550与b有关5 与t2 （即磁密波长）有关：t 表面损耗J,t T,p TFep 与f 1.5成正比：f = Zn f T,p TZZ 60Z Fep 与磁极材料的导磁导电性能有关：卩T,
9、k J,p J0 Fep二、叠片磁极及异步机中的表面损耗1、叠片磁极的表面损耗计算为了减小磁极的表面损耗，直流机、凸极机磁极常做成叠片，利用冲片表面形成的天然 氧化膜绝缘层增加涡流回路的电阻，电流J, py 12Rp = q - A x 10-3(kW)Fep 0 pq = k - (B t)2(Zn)i.5(W /m2)(叠片 q 小，P 大)0 0 0 02、异步机中的表面损耗异步机定转子都有槽：定子槽T气隙磁导齿谐波磁场T转子表面损耗；转子槽T气隙磁导齿谐波磁场T定子表面损耗。(一般异步机转子半闭口槽在定子表面引起损耗小，气隙小)转子表面损耗：t - bp = q 兀Dl -2一02x
10、10-3(kW)t ,b 转子齿距及槽口宽02 022 t 2 t2 022D ,l 转子铁心外径及长度2 t 2定子槽开口引起的齿谐波磁场在转子单位表面中损耗：bq = 0.5k (B t )2( Z n)i.5(W / m 2)卩=f(*)查图 5 502 0 01 1 1 01 B =卩k B0.5-气隙主磁场正弦分布，气隙磁导01 01 1 齿谐波磁场也近似正弦|低含硅量：k二1.5与材料，加工生能有关高含硅量:k : 0.70加工后k = 3 50力口工后k = 1.5 30三、异步机齿中的脉振损耗1、产生原因：定转子齿槽 T 旋转时定、转子之间相对位置不断变化厂齿对齿T进入定子齿磁
11、通最大T峠T齿中磁通发生变化T脉振损耗J转子槽对定子齿T进入定子齿磁通最小定子齿中磁通的脉振2、计算： 单位轴向长度磁通变化量：B S x 1 二 B02 2g k b B02 2 5 02 5Sb2 2 02B 二 B k B0202 5 5bB g = f(寺)有关0225 定子齿磁密脉振振幅：B =p1BS02 22k b x 1Fe t1%G B 一#02 02 b5 + O252理论推出阻尼系数脉振磁通在转子导条中引起环流，此环流产生相反磁场，力图阻尼脉振磁通穿过齿部，环流产生的其它次的谐波磁场也将产生阻尼作用。）Bp1bb02 - 02 5 k - B x 1 x t55551Y
12、25 - k5 - Bb(5 + -02)- 2 - k - b x 1 x t5Fet 11 czL2t1B 定子齿中平均磁密t1(b )(-02)25 Tb5 +幫上式是根据定转子齿槽尺寸关系最不利的情况下得出的；如果我们只考虑脉振损耗中的涡流损耗，而频率较高，齿钢片磁导率变化的影响，实际 磁密脉振振幅要小一些，计算时可用k = 1来补偿。y5B =- Bp12tt11 最后得出脉振损耗的计算公式：p = 0.5ka (二zi)(B )2M x 10-3p1e 50p1t10.5 -考虑脉振磁场按正弦变化近似以 k = 2.5,a = 0.5,f = 60 代入:p = 0.07(Zn)2
13、(B )2M x 10-9p12p1t1类似： p =0.07(z n)2(B )2M x10-9p21p2t 2工厂实际计算空载附加损耗：实验数据；用基本铁耗取大一点k计算 a齿： P = k p M x 10-3 Feta Fet t轭： P = k p M x10-3Feja Fej j一、绕组中的电气损耗k - -考虑加工及磁场非正弦引入的损耗增加系数a -取决于材料规格及性能常数ef = Z2n -定子齿脉振磁通的交变频率zi 60M - -定子齿的质量t1B =企B -磁密脉振振幅p12t t11定子）转子）k 取大点考虑空载附加损耗） a4 电气损耗p =工（12 R ） X 10-3cu x x交流m相：p = ml2R x 10-3R是换算到基准工作工作温度的绕组直流电阻cu二、电刷接触损耗p二AuI x 10-3 （一个极下）对碳和石墨:Au二1Vcb b b对金属：Au二0.3Vb5 负载时的附加损耗一、 负载时附加损耗产生的原因 电机带上负载后，绕组中通以电流，环绕着绕组存在漏磁场。漏磁场在绕组中附近所有的 金属附件中产生涡流损耗； 定子和转子绕组在气隙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运动，
