1、1第五章 損耗與效率5-1 概述電機損耗可分為下列5類：（1）定、轉子鐵心中的基本鐵耗，它是由主磁場主磁場在鐵心中發生變化變化時產生的。（2）空載時鐵心中的附加（或雜散）損耗，它是由定轉子開槽引起的氣隙磁導變化而產生的諧波磁場在對方表面產生的表面損耗及脈振損耗。（3）電氣損耗，是由工作電流在繞組中產生的損耗，對直流電機或同步電機而言，也包括電刷在換向器或集電環上的接觸電阻損耗。B2鐵心局部截面示意圖i3（1）、（2）、（5）項損耗稱為空載損耗或不變損耗，（3）、（4）項又稱為負載損耗或可變損耗。（5）機械損耗，它包括通風損耗，軸承摩擦損耗和電刷與集電環或換向器間的摩擦損耗。（4）負載時的附加（

2、或雜散）損耗，是由定子或轉子電流所產生的漏磁場在定、轉子繞組里和鐵心及結構件里引起的各種損耗。45-2 基本鐵耗 交變的主磁場在鐵心中所產生的損耗，它分為磁滯損耗與渦流損耗兩部分。一、磁滯損耗 單位重量的鐵磁物質由交變磁場引起的磁滯損耗ph，即稱為磁滯損耗系數，即：例常數為取決于材料性能的比磁密幅值為磁場交變頻率式中baBffbBaBph,)(2 如果鐵心內的磁通密度B1.6T，則系數a0，可略去上式中的第一項得：fBfbBphh22二、渦流損耗5鋼片的厚度為鋼片的密度為鋼片的電阻率FeFeFeFeeBfp,)(622經推導可得單位重量的鋼片的渦流損耗為： 鐵心中的磁場發生變化時，在其中會感應

3、電流，稱之為渦流，由該電流引起的損耗稱為渦流損耗。FeFeeeeBfp6)(222式中有在厚度一定的情況下則6三、軛部（齒連軛）及齒部的基本鐵耗 將磁滯與渦流損耗系數合在一起，得到鋼的總損耗系數（即單位重量的損耗）的計算式：22)(BffBpppehehhe 對于不同的含硅量的硅鋼片，可以通過查表5-1，得到h，e數值。 如果在一般情況下(指不同的f)，對不同的B值，或者不同的f，則損耗系數為：3 . 1250/10)50(fBpphe因此，鋼中的基本鐵耗應為：FeheaFeGpkp利用上式可以求出電機軛中及齒中的基本鐵耗。其中的p10/50表示當B=1T，f=50Hz時的鋼單位損耗系數,查表

4、5-1得。71、定子、轉子軛的基本鐵耗3 . 1250/10)50(fBppjhej損耗系數jhejaFejGpkp軛中的基本鐵耗等于3 . 1,100,5 . 1,100; 6 . 3.aNaNaajkkVAPkkVAPkkG時當容量時當對于交流電機對于直流電機為經驗系數為軛的重量式中2、齒中的基本鐵耗可仿軛部的計算式，得3 . 1250/10)50(fBppthet損耗系數thetaFetGpkp齒中的基本鐵耗等于87 . 1,100,0 . 2,100,8 . 1; 0 . 4.aNaNaaajkkVAPkkVAPkkkG時當容量時當對于同步電機對于感應電機對于直流電機為經驗系數為齒的重

5、量式中5-3 空載時鐵心中的附加損耗 空載時的鐵心附加損耗是指鐵心表面損耗和齒中的脈振損耗，它是由氣隙中諧波磁場引起的。而諧波磁場又由兩種原因造成：1、電機開槽引起氣隙磁導不均勻，如圖所示，產生出磁場的高次諧波；92、空載勵磁磁勢空間分布曲線中存在著諧波。 由諧波產生的表面損耗，根據諧波的波長與凸面的間距的相對大小有不同的情況：1）凸面的間距（如凸極同步電機）遠大于諧波的波長，則諧波磁通集中于極弧表面一薄層內，在極面感應渦流，產生渦流損耗，也會在其中產生磁滯損耗，又稱表面損耗；2）凸面間距要比諧波波長要小得多，如齒距t小于諧波波長，則諧波將深入到齒部并經由軛部形成閉合回路，則在齒中產生渦流及磁

6、滯損耗，稱為脈振損耗。3）介于上述兩種情況之間，既有表面損耗又有脈振損耗。本節只討論由鐵心開槽引起的空載表面損耗及脈振損耗的計算方法。一、直流電機及同步電機實心磁極的表面損耗10為鋼的電阻率為鋼的磁導率為磁極的轉速為電樞槽數為諧波磁密的幅值式中損耗為磁極單位表面積的渦流,)601(41)()(05 . 105 . 1200nZBkZntBkpApAFepApp表面損耗表面積就可得出電機的將上式乘以所有磁極的二、疊片式磁極及感應電機中的表面損耗 為了減少磁極表面損耗及工藝上的方便，直流機或同步機的磁極常做成疊片式，以利用片間絕緣層來增加渦流回路電阻，減小渦流損耗。11疊片式磁極表面損耗的計算仍可

7、按式pAFepAAppZntBkp及5 . 1200)()(來計算，但其中的k0應按表5-2加以確定。 對于感應電機，其定子、轉子均由硅鋼片疊壓而成，雙邊都有開槽。因此由定子開槽引起的氣隙磁導變化所產生的諧波磁場在轉子表面產生的表面損耗為：.,;,222022202222202面中產生的損耗諧波磁場在轉子單位表由定子槽開口引起的齒長度分別為轉子鐵心外徑轉子槽口寬分別為轉子齒距式中AttAplDbttbtlDpp12上式中的pA2的數值計算公式為：,)()(5 . 01010121015 . 1102波磁密的幅值為定子開槽引起的齒諧式中BKBtBnZkpA01由圖5-5查取。 K0為經驗系數，主

8、要與硅鋼片的規格、性能以及加工質量有關。對于含硅量較低的硅鋼片，它等于1.5 ，加工后可達35；對于含硅量較高的硅鋼片，它等于0.7，加工后可達1.53。三、感應電機齒中的脈振損耗13 在所示圖中的兩個不同的定轉子齒的相對位置，進入定子齒中的磁通量不同；其差額為陰影所示的面積。困此，隨著電機的旋轉，定子齒中的磁通將發生變化，導致附加鐵損耗。202202212,sBsB則上述磁通變化為度如果取電機軸向單位長由此引起定子齒里的磁通密度脈振振幅為：120212tFepbKsBB將上式代入下式就得到定子齒中脈振損耗的數值計算公式；.;10)(07. 016121221為轉速為定子齒重 nGGBnZpt

9、tpp同理可得轉子齒中脈振損為：脈振振幅為轉子齒里的磁通密度為轉速為轉子齒重226222212.;10)(07. 0pttppBnGGBnZp145-4 電氣損耗一、繞組中的電氣損耗對于多相繞組，則總的電氣損耗應為各相繞組的電氣損耗的總和，即：.;2)(繞組電阻換算到基準工作溫度的中的電流為繞組xxxxAlCuRxIRIp 如果電機為m相對稱的多相繞組，則各相電流數值相等，電阻也相同，則電氣損耗為：RmIpAlCu2)(二、電刷接觸損耗 電刷與集電環或換向器間的接觸壓降與電刷種類有關，與電流大小無關，因此一個極性下的電刷接觸損耗為：VUVUUIUpbbbbcb3 . 0,1,對于金屬石墨電刷電

10、化石墨電刷等對于石墨電刷為電刷接觸壓降155-5 負載時的附加損耗 一、凸極同步電機負載時的附加損耗 負載時產生的附加損耗的主要原因是由于環繞著繞組存在有漏磁場。這些漏磁場在繞組中以及在所有鄰近的金屬結構件中感應渦流損耗。 另外，氣隙中的諧波磁勢所產生的諧波磁場以不同的速度相對轉子和定子在運動，在鐵心中和在籠型繞組中也會感應渦流，產生附加損耗。 由額定負載電流引起的同步電機的附加損耗，約等于短路試驗時的附加損耗，因此又稱之為短路附加損耗。它包括以下分量：（一）短路時由于漏磁場在定子繞組中引起的附加損耗16交流電動機總體結構機殼底座端蓋定子鐵心定子繞組轉子轉軸17（二）短路時漏磁場在定子繞組端部

11、附近的金屬部件中產生的附加損耗.,) 1(同取不同的數值根據繞組型式的不繞組電阻增加系數繞組直流電阻損耗式中FCuCuFCuadKppKp 它是由于漏磁場交變而引起的集膚效應，使交流電阻大于直流電阻，增加的電阻部分的損耗即是漏磁場在繞組中引起的附加損耗。它等于： 由于繞組端部電流空間分布比較復雜，準確計算這些附加損耗比較困難，一般用經驗公式進行計算。18)/()10(15. 1,)()()(10)50(3515 . 2511321mAAAppHzfmDmpfDpccicipl為定子繞組線負荷為損耗系數為頻率為定子鐵心內徑為極距式中（三）定子繞組磁勢諧波在轉子磁極表面引起的表面損耗1、定子相帶諧

12、波磁勢在磁極表面產生的附加損耗單位表面積的附加損耗系數的計算公式為25 . 10)2()60(BfkpA1925 . 1202)2(rbpkkfBkAp 將各次相帶諧波磁場的磁密幅值、極距、頻率代入上式，然后相加再乘以面積，即得所有這些諧波在磁極表面產生的表面損耗為：的同次諧波磁密幅值次相帶諧波磁勢所產生次諧波之極距為其計算公式為感應電勢之頻率次相帶諧波在磁極表面定子查曲線獲得磁場削弱而引入的系數考慮渦流反作用使原漏轉子磁極表面積式中brpBfnnpffkAkk) 1(60)(,;,)60(;11, 7, 5115 . 10020dpdpdpbefefefbbbKAKKFFk，shkkFHB1

13、1100211也可查表求次諧波磁密衰減系數為其中而.,) 1()1()()(85 . 122225 . 11212002422也可查曲線得到有關的項是與繞組節距比其中次諧波的表面損耗為將以上各項代入可得dprpefkKkkAfAkp21表面損耗的經驗計算公式（相帶諧波產生），見書P88。2、定子齒諧波磁勢在磁極表面產生的附加損耗225 . 11441212002)60(25. 0trefptkkknZtAAkp算公式為面產生的附加損耗的計由齒諧波磁場在磁極表相應的經驗計算公式見書P89。（四）短路電流為額定值時磁場的3次諧波在定子齒中產生的附加損耗 在凸極同步電機里，轉子勵磁磁勢及電樞反應磁勢

14、的基波分量均會在氣隙里產生3次諧波磁場（由于氣隙的不均勻）。22由3次諧波磁場在定子齒中產生的附加損耗的經驗計算公式如下：為定子齒重次諧波磁場的磁密幅值為式中11333145350/1033)27. 1(7 .10ttadddmtttGBXAXABGBpp二、感應電機負載時的附加損耗主要由以下幾部分組成1、定子繞組漏磁場在繞組里及繞組端部附近的金屬部件中產生的附加損耗；2、由定子磁勢諧波產生的磁場在籠型轉子繞組中感應電流引起的附加損耗；3、定子磁勢諧波產生的磁場在轉子鐵心表面引起的表面損耗；4、在沒有槽絕緣的鑄鋁轉子中，由導條間的橫向電流產生的損耗23 由于組成項目復雜，因此感應電機負載時的附

15、加損耗通常不進行詳細計算。一般是按電機額定功率的百分比來估算。 例如，采用壓力鑄鋁轉子工藝的感應電機，其附加損耗約占輸出功率的23%。降低感應電機負載時附加損耗的措施 1、采用諧波含量少的定子繞組型式，例如采用雙層短距分布繞組，或單雙層繞組來替代單層繞組；2、采用定子與轉子槽數的近槽配合；3、采用斜槽。三、直流電機負載時的附加損耗直流電機負載時的附加損耗一般取功率的0.51%245-6 機 械 損 耗機械損耗包括軸承損耗、電刷摩擦損耗、通風損耗等。一、軸承摩擦損耗105 . 15010)1 (503 . 2jjjjjjfvlddplp二、通風損耗)/()/(75. 132smvsmqvqpvv

16、w為風扇外圓的圓周速度流量為通過電機的空氣體積式中三、軸承摩擦和通風損耗pfw在一般電機中，常把這兩種損耗綜合在一起計算。25（一）直流電機 1、對于電樞直徑Da0.5m、軸上沒有風扇的電機，pfw可按以下數值計算：為電樞圓周速度式中aNafwvKPvKp; 3 . 19 . 010)10(35 . 12、對于電樞直徑Da0.5m、采用滑動軸承的電機，則pfw計算公式為：jNjavfwgpnvGqvp4210575. 13、對于采用滾動軸承且軸上裝有風扇的中小型直流電機，損耗pfw可按圖5-14的曲線來確定。（二）感應(異步)電機1、對于徑向通風的大型電機， pfw可按以下數值方程計算：3310)11(4 . 2vfwNpp262、對于中小型電機，可按下式計算pfw3322332210)()3(5 . 6410)()3(5 . 52DppDppjwjw極及以上防護式極防護式44123412110)()3(410)()3)(1 (132DppDpDpjwjw式極及以上封閉型自扇冷極封閉型自扇冷式（三）凸極同步電機3131019)40(16tjwlvpp27電動機的效率可用下式計算：%100)1 (%100)1 (1NNaPppPp%100)1 (pPpNa發電機