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电机“像头牛” 损耗“似泻药”！电机的损耗到底有哪些?

发布于：2023-05-19 13:45:19 来自：电气工程/电气资料库 [复制转发]

电机的损耗到底有哪些?

电机像是一头默默无闻的“耕牛”，它吃的是“草”(电)，挤的则是“生产力”。然而热力学第二定律告诉我们， “吃”多少是不可能“吐”出来多少的。

所以，我们把“吐”出来的机械能与“吃”进去的电能之比，称之为 “ 效率”。

当然，作为使用者，我们肯定是希望最大限度的“吃“多少“吐”多少，换句专业的话说，就是提升效率。但是我们得首先明白这些损失掉的能量，到底被什么东西“偷吃”掉了！

接下来，请观众朋友们进一步跟着镜头走，来揭秘这些“寄生虫”的隐藏身份

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种群：铜耗

战斗力(占总损耗之比)：★★★

口号：你有多大劲，我有多大胆

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铜耗是“寄生”在电流之上的，当电流“潇洒”的“游荡”在电机的定子绕组和转子绕组的时候，由于绕组电阻的存在，损耗就这样产生了。

根据初中物理学习的能量公式，我们很轻易的知道这部分能量损失就是：

电流的平方×电阻 ×时间(I2Rt)

铜耗是电机所有损耗中，最“嚣张”的，它们不需要隐藏，所以也是最容易辨识(计算)的。

它只与电流和绕线的电阻有关，当绕线里面通入电流的时候，它就拼命的“吃吃吃”。然而电流又与电机转矩有关，所以它们的口号是： 你有多大“劲”，我有多大胆

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种群：铁耗

战斗力(占总损耗之比)：★★★★

口号：有磁的地方，就是我的江湖

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磁铁是能够产生磁感应强度的，若干条磁感线从N极“出发”到S极“终止”，它与某个垂直穿过截面的面积乘积， 称之为磁通量(φ=BS)， 简称磁通。

它是衡量某个小截面(dS)有多少条磁感线的物理量... 单位面积的磁通量就是“磁通密度”。磁通在电机的铁芯里“流动”，会产生热量，就像导体通入电流会发热一样。

类似电学有“电阻”的概念，磁学也有“磁阻”的概念，磁通在铁芯里“流动”产生的热量损耗，就是传说中的 “磁滞损耗 ”，这部分损耗其实就是铁芯被电流“磁化”时吸收的能量。

显然它的大小取决于铁芯的材料(磁阻有多少)，电流频率(转速)以及磁通密度(磁通)的大小。

除此之外，电流变化的时候形成变化的磁场，铁芯毕竟是一个导体，变化的磁场会在铁芯内部“引发”感应电动势，有了电动势再找到闭合的回路，就会产生感应电流，铁芯内部是很容易找到闭合的“路径”的

只是这个路径有点像，一个“漩涡”，这些“漩涡”里的电流(涡流)引起铁芯内部温升增加，类似于“铜耗”的模式。这部分由“涡流”引起的热量损耗，就是传说中的“涡流损耗”，当然我们有时也会利用这部分损耗

没错就是电磁炉，通电后会产生一定频率的磁场，在家用的铁质锅底部引发“涡流损耗”，损耗产生的热量正好拿来加热，正所谓矛盾双方是可以相互转化的。

不过对于电机来说，它们只是一个偷吃能量的“寄生虫”而已，除了“磁滞”和“涡流”两个主要群体，还有一个“小弟”，别看它个头小。

好吧！总之产生机理可是相当复杂，铁芯长时间在电磁场的“辐射”下是会被磁化的，磁化是一个快速的过程，但退磁对于某些材料来说，确是一个缓慢的过程。

磁场变的很强时， “磁滞”和“涡流”很兴奋，磁场变得很弱时，铁芯的“剩磁”开始起作用，这部分“剩磁”产生的磁滞损耗， 称之为“剩磁损耗” 。

剩磁损耗主要"寄生"于容易被磁化的材料(铁氧体)，电机所采用的一般是不易被磁化的铁芯材料，所以在这里它还是比较“怂”的。

“磁滞损耗”、“涡流损耗”和“剩磁损耗”，就是铁耗的三个组成部分，电流频率够大(转速快)，磁通量够强，就是“我”的天下。

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种族：机械损耗

战斗力(占总损耗之比)：★★★

口号：你活着，我就永远存在

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这类群体种类相当复杂，战斗力也最稳定。不管电机运行在什么样的状态，它们至少能够占据电机总损耗的20%。它们分为两大类：

一类是靠“摩擦摩擦”混的

一类是电机“铜耗”的小弟

在第一类群体，有一个团伙，称为“风摩损耗”。

它“衍生”的机理很简单，当电机转子转起来的时候，由于空气阻力的存在，它就出现了。转的越快，它就越强。

风摩耗的“战斗力”取决于转子表面的粗糙程度和转速，它同类的个体也有很多，比如：轴承摩擦损耗，转子引出与固定点(轴承)“摩擦摩擦”；比如电刷损耗(有刷直流电机)...转子换向器与电刷之间“摩擦摩擦”等等，都与转子的结构和转速强相关。

第二类称为“杂散损耗”。

当定子绕组通入电流时，会产生I2Rt的铜耗，但它却有可能会带一个小弟，名字叫作“基频杂散损耗”。

对于大部分电机来说，定、转子绕组“流荡”的都是交流电，对于有些转子没有绕组(永磁体)的情况就无视了，交流电的电流大小方向是变化的。所谓变化的电流产生变化的磁场，当电机的转速升上来，电流的频率“飙”到一定程度，绕组导线的中心区域就会产生极大的感应电动势，由于导线中心区域有闭合回路的存在，就会导致感应电流的产生，感应电流是一个“唱反调”的家伙，它总是给原电流“添堵”(阻碍原电流的变化)。

因此，在导线截面的中心部分就会形成一个“交通堵塞”区，电流“流动”的“轨迹”就会趋向导线截面的外侧(“皮肤”)部分，就是传说中的 “趋肤效应”。

本来是双向八车道车辆通行流畅，结果中间四车道出了问题，对于有经验的老司机来说，不超车对不起这十几年的“路怒狂躁症”，于是 “趋肤效应”就这样诞生了，带来的结果就是，导线的截面积变向的减小了，导线的阻值变向的增加了，交流电流“贯穿”绕组导线的能量(热量)损失(I2Rt)，有了额外的加成，这个“加成”就是基频杂散损耗。

它还有一个兄弟，成分更为复杂，是一系列由于气隙磁场谐波引起损耗的统称，当气隙磁场谐波进入了铁芯形成“涡流损耗”时，当气隙磁场谐波被定、转子“切割”感应谐波电流产生“铜耗”时，当气隙磁场谐波由于磁阻变化引起“磁滞损耗”时，这一切一切的能量“浪费”， 都叫作“高频杂散损耗” 。

好了，电机所有的“寄生虫”都在这里了，当电机带载的时候(电流变大)，“铜耗”就出来逞英雄。