《电机设计》课件之四损耗与效率一.ppt

第五章 损耗与效率 §5-1 概述 电机损耗可分为下列5类： （1）定、转子铁心中的基本铁耗，它是由主磁场在铁心中发生 变化时产生的。 （2）空载时铁心中的附加（或杂散）损耗，它是由定转子开槽 引起的气隙磁导变化而产生的谐波磁场在对方表面产生的表面 损耗及脉振损耗。 （3）电气损耗，是由工作电流在绕组中产生的损耗，对直流电 机或同步电机而言，也包括电刷在换向器或集电环上的接触电阻 损耗。 B 铁心局部截面示意图 i （1）、（2）、（5）项损耗称为空载损耗或不变损耗，（3）、（4）项又称为负载损耗或可变损耗。 （5）机械损耗，它包括通风损耗，轴承摩擦损耗和电刷与集电环 或换向器间的摩擦损耗。 （4）负载时的附加（或杂散）损耗，是由定子或转子电流所产 生的漏磁场在定、转子绕组里和铁心及结构件里引起的各种损耗。 §5-2 基本铁耗 交变的主磁场在铁心中所产生的损耗，它分为磁滞损耗与涡流损耗两部分。 一、磁滞损耗 单位重量的铁磁物质由交变磁场引起的磁滞损耗ph，即称 为磁滞损耗系数，即： 如果铁心内的磁通密度B≤1.6T，则系数a≈0，可略去上式 中的第一项得： 二、涡流损耗 经推导可得单位重量的钢片的涡流损耗为： 铁心中的磁场发生变化时，在其中会感应电流，称之为涡流， 由该电流引起的损耗称为涡流损耗。 三、轭部（齿连轭）及齿部的基本铁耗 将磁滞与涡流损耗系数合在一起，得到钢的总损耗系数 （即单位重量的损耗）的计算式： 对于不同的含硅量的硅钢片，可以通过查表5-1，得到 σh，σe数值。 如果在一般情况下(指不同的f)，对不同的B值，或者不同的f， 则损耗系数为： 因此，钢中的基本铁耗应为： 利用上式可以求出电机轭中及齿中的基本铁耗。 其中的p10/50表示当B=1T，f=50Hz时的钢单位损耗系数,查表5-1得。 1、定子、转子轭的基本铁耗 2、齿中的基本铁耗 可仿轭部的计算式，得 §5-3 空载时铁心中的附加损耗 空载时的铁心附加损耗是指铁心表面损耗和齿中的脉振损耗， 它是由气隙中谐波磁场引起的。而谐波磁场又由两种原因造成： 1、电机开槽引起气隙磁导不均匀，如图所示，产生出磁场的高次谐波； 2、空载励磁磁势空间分布曲线中存在着谐波。 由谐波产生的表面损耗，根据谐波的波长与凸面的间距的相 对大小有不同的情况： 1）凸面的间距（如凸极同步电机）远大于谐波的波长，则谐波 磁通集中于极弧表面一薄层内，在极面感应涡流，产生涡流损耗， 也会在其中产生磁滞损耗，又称表面损耗； 2）凸面间距要比谐波波长要小得多，如齿距t小于谐波波长， 则谐波将深入到齿部并经由轭部形成闭合回路，则在齿中产生 涡流及磁滞损耗，称为脉振损耗。 3）介于上述两种情况之间，既有表面损耗又有脉振损耗。 本节只讨论由铁心开槽引起的空载表面损耗及脉振损耗的计算 方法。 一、直流电机及同步电机实心磁极的表面损耗 二、叠片式磁极及感应电机中的表面损耗 为了减少磁极表面损耗及工艺上的方便，直流机或同步机的 磁极常做成叠片式，以利用片间绝缘层来增加涡流回路电阻，减 小涡流损耗。 §5-4 电气损耗 一、绕组中的电气损耗 对于多相绕组，则总的电气损耗应为各相绕组的电气损耗的总和，即： 如果电机为m相对称的多相绕组，则各相电流数值相等，电阻 也相同，则电气损耗为： 二、电刷接触损耗 电刷与集电环或换向器间的接触压降与电刷种类有关，与电流 大小无关，因此一个极性下的电刷接触损耗为： §5-5 负载时的附加损耗 一、凸极同步电机负载时的附加损耗 负载时产生的附加损耗的主要原因是由于环绕着绕组存在 有漏磁场。这些漏磁场在绕组中以及在所有邻近的金属结构件 中感应涡流损耗。 另外，气隙中的谐波磁势所产生的谐波磁场以不同的速度相 对转子和定子在运动，在铁心中和在笼型绕组中也会感应涡流， 产生附加损耗。 由额定负载电流引起的同步电机的附加损耗，约等于短路 试验时的附加损耗，因此又称之为短路附加损耗。它包括以下 分量： （一）短路时由于漏磁场在定子绕组中引起的附加损耗 交流电动机总体结构 机壳 底座 端盖 定子铁心 定子绕组 转子 转轴 （二）短路时漏磁场在定子绕组端部附近的金属部件中产生的 附加损耗 它是由于漏磁场交变而引起的集肤效应，使交流电阻大于 直流电阻，增加的电阻部分的损耗即是漏磁场在绕组中引起的 附加损耗。它等于： 由于绕组端部电流空间分布比较复杂，准确计算这些附加损耗 比较困难，一般用经验公式进行计算。 （三）定子绕组磁势谐波在转子磁极表面引起的表面损耗 1