第五章 损耗与效率

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1、第五章第五章 损耗损耗与效率与效率5-1 概述概述电机损耗可分为下列电机损耗可分为下列5 5类：类： （1 1）定、转子铁心中的基本铁耗，它是由主磁场在铁心中发生）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。变化时产生的。 （2 2）空载时铁心中的附加（或杂散）损耗，它是由定转子）空载时铁心中的附加（或杂散）损耗，它是由定转子开槽开槽引起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表面损耗及脉振损耗。及脉振损耗。 （3 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）电气损耗，是由工作电流在绕组中产生的损

2、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。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铁心局部截面示意图i （1 1）、（）、（2 2）、（）、（5 5）项损耗称为空载损耗或不变损耗，）项损耗称为空载损耗或不变损耗，（3 3）、（）、（4 4）项又称为负载损耗或可变损耗。）项又称为负载损耗或可变损耗。 （5 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）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。或换向器间的摩擦损耗。 （4 4）负载时的附加（或杂散）损耗，是由定子或转子电流所产）负载

3、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。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 5-2 基本基本铁耗铁耗 交交变的主磁场在铁心中所产生的损耗，它分为磁滞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损耗与涡流损耗两部分。 基本铁耗分为：交变磁化性质（变压器）和旋转磁基本铁耗分为：交变磁化性质（变压器）和旋转磁化性质。化性质。一、磁滞损耗一、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：例常数为取决于材料性能的比磁密幅值为磁场交变频率式中baBffbBaB

4、ph,)(2 如果如果铁心内的磁通密度铁心内的磁通密度B1.6TB1.6T，则系数，则系数a0a0，可略去上式，可略去上式中的第一项得：中的第一项得：fBfbBphh22钢片的厚度为钢片的密度为钢片的电阻率FeFeFeFeeBfp,)(622经推导可得单位重量的钢片的涡流损耗经推导可得单位重量的钢片的涡流损耗为（如何推导？）：为（如何推导？）： 铁心铁心中的磁场发生变化时，在其中会感应电流，称之为中的磁场发生变化时，在其中会感应电流，称之为涡流涡流，由该电流引起的，由该电流引起的损耗称为涡流损耗。损耗称为涡流损耗。FeFeeeeBfp6)(222式中有在厚度一定的情况下则二、涡流损耗二、涡流损

5、耗三、轭部（齿连轭）及齿部的基本铁耗三、轭部（齿连轭）及齿部的基本铁耗 将将磁滞与涡流损耗系数合在一起，得到钢的磁滞与涡流损耗系数合在一起，得到钢的总损耗系数总损耗系数（即单位重量的损耗）的计算式：（即单位重量的损耗）的计算式：22)(BffBpppehehhe 对于对于不同的含硅量的硅钢片，可以通过查表不同的含硅量的硅钢片，可以通过查表5-15-1，得到，得到h h，e e数值。数值。 为了计算方便，为了计算方便，如果如果在一般情况下在一般情况下(指不同的指不同的f)，对不同，对不同的的B值，或者不同的值，或者不同的f，则，则损耗系数损耗系数为：为：3 . 1250/10)50(fBpphe

6、 因此因此，钢中的基本铁耗应为：，钢中的基本铁耗应为：FeheaFeGpkp利用上式可以求出电机轭中及齿中的基本利用上式可以求出电机轭中及齿中的基本铁耗（铁耗（k ka a经验系数经验系数）。）。 其中其中的的p p10/5010/50表示当表示当B=1TB=1T，f=50Hzf=50Hz时的时的钢单位损耗系数钢单位损耗系数, ,查表查表5-15-1得。得。1、定子、转子轭的基本铁耗、定子、转子轭的基本铁耗3 . 1250/10)50(fBppjhej损耗系数jhejaFejGpkp轭中的基本铁耗等于3 . 1,100,5 . 1,100; 6 . 3.aNaNaajkkVAPkkVAPkkG

7、时当容量时当对于交流电机对于直流电机为经验系数为轭的重量式中2、齿中的基本铁耗、齿中的基本铁耗可仿轭部的计算式，得可仿轭部的计算式，得3 . 1250/10)50(fBppthet损耗系数thetaFetGpkp齿中的基本铁耗等于7 . 1,100,0 . 2,100,8 . 1; 0 . 4.aNaNaaajkkVAPkkVAPkkkG时当容量时当对于同步电机对于感应电机对于直流电机为经验系数为齿的重量式中5-3 空载时铁心中的附加损耗空载时铁心中的附加损耗 空载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，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

8、。而谐波磁场又由两种原因造成：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，产生出磁场电机开槽引起气隙磁导不均匀，如图所示，产生出磁场的的高次高次谐波；谐波；（2）、）、空载励磁磁势空间分布曲线中存在着谐波。空载励磁磁势空间分布曲线中存在着谐波。 由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对大小有不同的情况情况：（见：（见P80页图页图5-3） 1）凸面的间距（如凸极同步电机）远大于谐波的波长，则谐波）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

9、集中于极弧表面一薄层内，在极面感应涡流，产生涡流损耗，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，又称也会在其中产生磁滞损耗，又称表面损耗表面损耗； 2）凸面间距要比谐波波长要小得多，如齿距）凸面间距要比谐波波长要小得多，如齿距t小于谐波波长小于谐波波长，则谐，则谐波波将深入到齿部并经由轭部形成闭合回路，则在齿中将深入到齿部并经由轭部形成闭合回路，则在齿中产生涡流产生涡流及磁滞及磁滞损损耗耗，称为，称为脉振脉振损耗损耗；3）介于上述两种情况之间，既有表面损耗又有脉振损耗。）介于上述两种情况之间，既有表面损耗又有脉振损耗。为钢的电阻率为钢的磁导率为磁极的转速

10、为电枢槽数为谐波磁密的幅值式中损耗为磁极单位表面积的涡流,)601(41)()(05 . 105 . 1200nZBkZntBkpApAFepApp表面损耗表面积就可得出电机的将上式乘以所有磁极的二、二、叠片式叠片式磁极及感应电机中的表面损耗磁极及感应电机中的表面损耗 为了为了减少磁极表面损耗及工艺上的方便，直流机或同步机减少磁极表面损耗及工艺上的方便，直流机或同步机的的磁极磁极常做成叠片式，以利用片间绝缘层来增加涡流回路电阻，常做成叠片式，以利用片间绝缘层来增加涡流回路电阻，减减小小涡流损耗。涡流损耗。一、直流电机及同步电机实心磁极的一、直流电机及同步电机实心磁极的表面损耗表面损耗 本本节只

11、讨论由铁心开槽引起的空载表面损耗及脉振损耗的计算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。方法。叠片式磁极表面损耗的计算仍可按式叠片式磁极表面损耗的计算仍可按式pAFepAAppZntBkp及5 . 1200)()(来计算，但其中的来计算，但其中的k0应按表应按表5-2加以确定。加以确定。 对于对于感应电机，其定子、转子均由硅钢片叠压而成，双边感应电机，其定子、转子均由硅钢片叠压而成，双边都有都有开槽。因此由定子开槽引起的开槽。因此由定子开槽引起的气隙磁导变化所产生的谐波气隙磁导变化所产生的谐波磁场在磁场在转转子表面产生的表面损耗为：子表面产生的表面损耗为：.,;,222022