电机设计--损耗与效率.doc

第五章 损耗与效率 §5-1 概述 损耗与效率的关系 效率是电机的一个重要性能指标 效率高低取决→损耗大小→ 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。 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 §5-2 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 磁滞损耗 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 磁滞损耗耗系数计算 在电机铁心内磁通密度时： (与、有关，与材料有关) 任意频率下： 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1.0-1.5T） 这在以后计算基本铁耗时用系数考虑。 涡流损耗 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。 涡流损耗系数计算 任意频率下： 涡流损耗系数与、及材料厚度平方成正比。 轭部及齿部的基本铁耗 钢的损耗系数（比损耗） 钢比损耗简便计算 （瓦/公斤） 基本铁耗计算 定子或转子（齿联）轭中的基本铁耗 轭中的损耗系数： 轭中基本铁耗： ② 齿中基本铁耗 齿中的损耗系数： 齿中的基本铁耗： 降低铁耗方法 ↓（使各部分磁密不要过高）→↓； ↓→↓（↓）； 选用好材料 §5-3 空载时铁心中的附加损耗 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 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 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） 直流机及同步机整块（或实心）磁极的表面损耗 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： 齿谐波磁密最大值： 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（忽略极面涡流对的削弱作用）； b)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→偏微分方程→解方程→通解→代边界条件→特解 单位表面涡流损耗 实际上考虑假设引起误差，忽略磁滞，要大（按表5-2） 如为正弦分布，则气隙磁导齿谐波也将作正弦变化。 表面损耗 表面损耗与哪些因素有关： 与成正比： 与（即磁密波长）有关： 与成正比： 与磁极材料的导磁导电性能有关： 叠片磁极及异步机中的表面损耗 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↓， （叠片小，大） 异步机中的表面损耗 异步机定转子都有槽：定子槽→气隙磁导齿谐波磁场→转子表面损耗； 转子槽→气隙磁导齿谐波磁场→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： 定子槽开口引起的齿谐波磁场在转子单位表面中损耗： 异步机齿中的脉振损耗 产生原因： 定转子齿槽 → 旋转时定、转子之间相对位置不断变化 齿对齿 → 进入定子齿磁通最大 → → 齿中磁通发生变化 → 脉