电机学课堂进义第一部分电机学基础4h 上海交通大学电气工程系EE SJTU (3)电机系统损耗 A、电系统损耗 电气子系统主要是导体组成的线圈或绕组，导体存在电阻，流过电流时存在电能损耗，因为电机绕 组中的导体绝大多数是铜制导电材料，绕组电流在其电阻上的损耗称为铜耗。电阻损耗等于电阻与 电流平方乘积的时间积分，因此不仅与材料电阻、电流大小有关，而电阻与温度、电流的频率和导 体的截面积有关，尤其是交流频率较高的脉冲宽度调制PWM控制系统，由于存在集肤效应和趋近效 应的影响，导体内部电流密度不均匀分布引起交流电阻损耗增加。 B、铁心损耗 铁心损耗简称铁耗，主要是由于铁磁材料内部磁场交变，不仅引起反复磁化的磁滞现象而产生磁滞 损耗，还引起铁心导体内部电场交变而在磁性导体内产生涡流，出现涡流损耗，磁滞损耗与涡流损 耗两者合起来称为铁心损耗。 磁滞损耗与频率呈正比，与磁滯回线的面积呈正比，其单位质量的磁滞损耗表示为 Ph=kfB。 涡流损耗与产生涡流的磁感应强度的时间变化率平方呈正比，因此对于正弦磁场，涡流损耗与频率 和磁感应强度幅值乘积的平方呈正比，其单位质量的涡流损耗表示为 P。=k.(fB)2。 在正弦波条件下，铁心损耗常用Steinmeltz公式计算得到 Pie =kf B, 其中系数k123与材料及其结构尺寸有关，由制造商提供或通过试验得到。 对于非正弦磁场产生的铁心损耗有各种修正的方法，但实际情况都需要采用试验校正。 C、机械系统损耗 机械系统中各机械部件之间的相对运动，机械部件与空气摩擦，如转子与轴承之间的摩擦与风阻摩 擦，引起的风摩损耗，称为机械损耗，通常与转子转速有关。 D、附加损耗 电机内部存在各种漏磁场，漏磁场在结构附件引起的损耗，谐波磁场在铁心气隙表面的损耗，绝缘 介质电损耗等，统称为附加损耗。 电机系统不输出能量时称为空载运行，此时的损耗称为空载损耗，除了少量电损耗外，它主要包括 铁心损耗、机械损耗和附加损耗三部分。电机系统输出能量时称为负载运行，此时的损耗包括空载 损耗和负载电损耗。电损耗的大小与负载的大小有关。 机械损耗、铁心损耗和附加损耗即使电机没有负载，也是存在的，而且随负载变化不显著，因此它 们合起来称为空载损耗。 (4)切率平衡关系 假设电功率和机械功率输入为正，输出为负，那么电机系统稳态功率平衡可以表示为 输入电功率十输入机械功率=电损耗十铁心损耗十机械损耗十附加损耗 输入电功率十输入机械功率=电损耗十空载损耗 需要特别注意的是，上述每一项都是指一个周期内的平均功率，而不是瞬时功率。 教学方法： 数学描述必须的规定正方向—一电机典型磁路分析（磁化曲线的等效表示）一电气参数—一电气 子系统与机械子系统一一磁势、电压、功率平衡关系。 4电机学课堂讲义 第一部分 电机学基础 4h 上海交通大学电气工程系 EE SJTU 4 （3）电机系统损耗 A、电系统损耗 电气子系统主要是导体组成的线圈或绕组，导体存在电阻，流过电流时存在电能损耗，因为电机绕 组中的导体绝大多数是铜制导电材料，绕组电流在其电阻上的损耗称为铜耗。电阻损耗等于电阻与 电流平方乘积的时间积分，因此不仅与材料电阻、电流大小有关，而电阻与温度、电流的频率和导 体的截面积有关，尤其是交流频率较高的脉冲宽度调制PWM控制系统，由于存在集肤效应和趋近效 应的影响，导体内部电流密度不均匀分布引起交流电阻损耗增加。 B、铁心损耗 铁心损耗简称铁耗，主要是由于铁磁材料内部磁场交变，不仅引起反复磁化的磁滞现象而产生磁滞 损耗，还引起铁心导体内部电场交变而在磁性导体内产生涡流，出现涡流损耗，磁滞损耗与涡流损 耗两者合起来称为铁心损耗。 磁滞损耗与频率呈正比，与磁滞回线的面积呈正比，其单位质量的磁滞损耗表示为 ! ph = kh fB" 。 涡流损耗与产生涡流的磁感应强度的时间变化率平方呈正比，因此对于正弦磁场，涡流损耗与频率 和磁感应强度幅值乘积的平方呈正比，其单位质量的涡流损耗表示为 ! pe = ke ( fB) 2 。 在正弦波条件下，铁心损耗常用Steinmeltz公式计算得到 ! pfe = k1 f k2Bk3 ， 其中系数k123与材料及其结构尺寸有关，由制造商提供或通过试验得到。 对于非正弦磁场产生的铁心损耗有各种修正的方法，但实际情况都需要采用试验校正。 C、机械系统损耗 机械系统中各机械部件之间的相对运动，机械部件与空气摩擦，如转子与轴承之间的摩擦与风阻摩 擦，引起的风摩损耗，称为机械损耗，通常与转子转速有关。 D、附加损耗 电机内部存在各种漏磁场，漏磁场在结构附件引起的损耗，谐波磁场在铁心气隙表面的损耗，绝缘 介质电损耗等，统称为附加损耗。 电机系统不输出能量时称为空载运行，此时的损耗称为空载损耗，除了少量电损耗外，它主要包括 铁心损耗、机械损耗和附加损耗三部分。电机系统输出能量时称为负载运行，此时的损耗包括空载 损耗和负载电损耗。电损耗的大小与负载的大小有关。 机械损耗、铁心损耗和附加损耗即使电机没有负载，也是存在的，而且随负载变化不显著，因此它 们合起来称为空载损耗。 （4）功率平衡关系 假设电功率和机械功率输入为正，输出为负，那么电机系统稳态功率平衡可以表示为 输入电功率＋输入机械功率＝电损耗＋铁心损耗＋机械损耗＋附加损耗 输入电功率＋输入机械功率＝电损耗＋空载损耗 需要特别注意的是，上述每一项都是指一个周期内的平均功率，而不是瞬时功率。 教学方法： 数学描述必须的规定正方向——电机典型磁路分析（磁化曲线的等效表示）——电气参数——电气 子系统与机械子系统——磁势、电压、功率平衡关系