電機設(shè)計--損耗與效率

第五章?lián)p耗與效率51概述一、損耗與效率的關(guān)系效率是電機的一個重要性能指標耗材尺寸,BAP效率高低取決損耗大小P材料性能、繞組型式、電機結(jié)構(gòu)等高效電機就是設(shè)法降低電機的損耗、多用材料。二、電機損耗分類鐵心中的基本損耗主要是主磁場在鐵心中交變產(chǎn)生的磁滯、渦流損耗表面損耗定轉(zhuǎn)子開槽而引起的氣隙磁導諧波磁場在對方鐵心表面產(chǎn)生的損耗空載鐵心中附加損耗脈振損耗定、轉(zhuǎn)子開槽使對方齒中磁通因電機旋損耗轉(zhuǎn)而變化所產(chǎn)生的損耗電氣損耗工作電機在繞組銅中產(chǎn)生的損耗，包括接觸損耗負載時附加損耗漏磁場包括諧波磁場在定、轉(zhuǎn)子繞組中、鐵心及結(jié)構(gòu)件中引起的各種損耗機械損耗通風損耗、軸承磨擦損耗、電刷和換向器（集電環(huán)）磨擦損耗52基本鐵耗產(chǎn)生的原因由主磁場在鐵心內(nèi)發(fā)生變化時所產(chǎn)生的主磁場的變化交變磁化性質(zhì)變壓器鐵心、定轉(zhuǎn)子齒中發(fā)生旋轉(zhuǎn)磁化性質(zhì)定、轉(zhuǎn)子鐵軛中發(fā)生的一、磁滯損耗1、磁滯損耗系數(shù)單位質(zhì)量鐵磁物質(zhì)內(nèi)由交變磁化引起的磁滯損耗HP2、磁滯損耗耗系數(shù)計算在電機鐵心內(nèi)磁通密度時TB610磁密振幅交變磁化的頻率下測在周波頻率取決于材料性能的常數(shù)FHZFPHHH502與、有關(guān)，與材料有關(guān)HPFB任意頻率下250BFPH3、旋轉(zhuǎn)磁化引起的磁滯損耗一般較交變磁化放大4565（軛磁密一般在1015T）這在以后計算基本鐵耗時用系數(shù)考慮。AK二、渦流損耗1、產(chǎn)生的原因鐵心中的磁場發(fā)生變化時，在鐵心中感應(yīng)電勢，會產(chǎn)生電流，這電流即渦流。由它引起的損耗為渦流損耗。2、渦流損耗系數(shù)計算電阻率鋼片密度鋼片厚度FEFEEEDDFBP622任意頻率下250FPE渦流損耗系數(shù)與、及材料厚度平方成正比。EBFFE三、軛部及齒部的基本鐵耗1、鋼的損耗系數(shù)（比損耗）2250BFFPEHEHFE2、鋼比損耗簡便計算（瓦/公斤）312501FBPFE3、基本鐵耗計算PBKGKPAFEFEAFE同使旋轉(zhuǎn)磁化與交變磁化不隨時間不按正弦變化分布不均勻接考慮鋼片加工后鋼自短量交變或旋轉(zhuǎn)磁化的鋼質(zhì)4321定子或轉(zhuǎn)子（齒聯(lián)）軛中的基本鐵耗軛中的損耗系數(shù)312501FPJFEJ軛中基本鐵耗31105,633ANAJFEAEJKVAPKKWGKP異步機隱直流機齒中基本鐵耗齒中的損耗系數(shù)312501FBPTFET齒中的基本鐵耗71100284103ANATFEAETKVAPKKWGPKP同步機異步機直流機4、降低鐵耗方法（使各部分磁密不要過高）；BB（）；FE501PE選用好材料501250125013PDPD53空載時鐵心中的附加損耗（一）空載時鐵心中的附加損耗指的是鐵心表面損耗、齒中脈振損耗（二）附加損耗產(chǎn)生的原因氣隙中諧波磁場電機鐵心開槽導致氣隙磁導不均勻空載勵磁磁勢空間分布曲線中有諧波脈振損耗表面損耗間凸凹面間距介于它們之損耗磁滯渦流脈振小得多比諧波波長異步齒距凸凹面間距渦流損耗表面損耗大得多比諧波波長同步極距凸凹面間距磁勢諧波磁場更高次諧波磁場氣隙不均勻高次諧波磁場氣隙均勻齒諧波磁勢相帶諧波磁勢諧波磁勢氣隙磁導齒諧波磁場勻鐵心開槽氣隙磁導不均基波磁勢0FI氣隙諧波磁通的路徑A在極弧表面B深入齒部C在表面及齒中下面僅介紹由鐵心開槽引起的空載表面損耗及脈振損耗的計算方法（空載勵磁磁勢諧波產(chǎn)生的這類損耗，一般在隱極同步機中方需考慮）一、直流機及同步機整塊（或?qū)嵭模┐艠O的表面損耗1、產(chǎn)生原因是由氣隙磁導齒諧波磁場與磁極表面相對運動在磁極表面引起的渦流損耗。因為頻率很高，基本上集中在表面一薄層內(nèi)，稱表面損耗。齒諧波（磁場）頻率60ZNF齒諧波磁密最大值BKBKBMAXMAX01查取曲線由00AX0B2、磁極表面渦流損耗計算假設(shè)A諧波磁密在空間按正弦分布，其幅值為（忽略極面渦流對的削弱作用）；0B0BB磁極磁導為常數(shù)（不考慮飽和）；C磁極軸向長度較長，磁極表面僅有軸向電流。方法麥氏方程偏微分方程解方程通解代邊界條件特解單位表面渦流損耗5120204ZNTBKBQZZ實際上考慮假設(shè)引起誤差，忽略磁滯，要大（按表52）510604K0K如為正弦分布，則氣隙磁導齒諧波也將作正弦變化。B2002512001SIN1BDXBZNTBKQ平均值表面損耗1030KWAQPPFE3、表面損耗與哪些因素有關(guān)與成正比20BFEPBBBBK,1000有關(guān)與大小有關(guān)與與（即磁密波長）有關(guān)2TEPTT,表面損耗與成正比51ZFFEPZZFNF,60與磁極材料的導磁導電性能有關(guān)FEPK,0二、疊片磁極及異步機中的表面損耗1、疊片磁極的表面損耗計算為了減小磁極的表面損耗，直流機、凸極機磁極常做成疊片，利用沖片表面形成的天然氧化膜絕緣層增加渦流回路的電阻，電流，RIP21030KWAQPPFE（疊片小，大）/2520MZNTBK0Q2、異步機中的表面損耗異步機定轉(zhuǎn)子都有槽定子槽氣隙磁導齒諧波磁場轉(zhuǎn)子表面損耗；轉(zhuǎn)子槽氣隙磁導齒諧波磁場定子表面損耗。（一般異步機轉(zhuǎn)子半閉口槽在定子表面引起損耗小，氣隙?。┺D(zhuǎn)子表面損耗轉(zhuǎn)子鐵心外徑及長度轉(zhuǎn)子齒距及槽口寬2032002,1TTLDBKWBLDQP定子槽開口引起的齒諧波磁場在轉(zhuǎn)子單位表面中損耗齒諧波磁場也近似正弦氣隙磁導氣隙主磁場正弦分布查圖,505/5011011251202BKBFMNZTQ351701,00KK加工后高含硅量加工后低含硅量加工性能有關(guān)與材料三、異步機齒中的脈振損耗1、產(chǎn)生原因定轉(zhuǎn)子齒槽旋轉(zhuǎn)時定、轉(zhuǎn)子之間相對位置不斷變化齒對齒進入定子齒磁通最大齒中磁通發(fā)生變化脈振損耗轉(zhuǎn)子槽對定子齒進入定子齒磁通最小定子齒中磁通的脈振2、計算單位軸向長度磁通變化量有關(guān)1022020220BFBKSBBKSB定子齒磁密脈振振幅理論推出阻尼系數(shù)21512020201BBKSBTFEP（脈振磁通在轉(zhuǎn)子導條中引起環(huán)流，此環(huán)流產(chǎn)生相反磁場，力圖阻尼脈振磁通穿過齒部，環(huán)流產(chǎn)生的其它次的諧波磁場也將產(chǎn)生阻尼作用。）022112102155BBTKTBKBBBTTTFEP定子齒中平均磁密上式是根據(jù)定轉(zhuǎn)子齒槽尺寸關(guān)系最不利的情況下得出的；如果我們只考慮脈振損耗中的渦流損耗，而頻率較高，齒鋼片磁導率變化的影響，實際磁密脈振振幅要小一些，計算時可用來補償。1K112TPB最后得出脈振損耗的計算公式磁密脈振振幅定子齒的質(zhì)量頻率定子齒脈振磁通的交變常數(shù)取決于材料規(guī)格及性能引入的損耗增加系數(shù)考慮加工及磁場非正弦化考慮脈振磁場按正弦變1121312112605050TPTZETPZEPBMNFKBFK近似以代入60,5,221NZFKE（定子）92107TPPB類似（轉(zhuǎn)子）212TMN工廠實際計算空載附加損耗實驗數(shù)據(jù)；用基本鐵耗取大一點計算AK齒310TFEETMPP軛（取大點考慮空載附加損耗）310JFEAEJMPKPAK54電氣損耗一、繞組中的電氣損耗3210XCURIP交流M相R是換算到基準工作工作溫度的繞組直流電阻3二、電刷接觸損耗VUIUPBBC301103對金屬對碳和石墨一個極下55負載時的附加損耗一、負載時附加損耗產(chǎn)生的原因電機帶上負載后，繞組中通以電流，環(huán)繞著繞組存在漏磁場。漏磁場在繞組中附近所有的金屬附件中產(chǎn)生渦流損耗；定子和轉(zhuǎn)子繞組在氣隙的諧波磁勢所產(chǎn)生的諧波磁場以不同的速度相對轉(zhuǎn)子和定子運動，在鐵心中和鼠籠繞組中產(chǎn)生渦流附加損耗?？蛰d附加損耗主要討論基波磁場氣隙磁導齒諧波磁場負載時附加損耗一般難于精確計算，通常以額定功率的百分之幾大約估算。二、凸極同步電機負載時的附加損耗由額定負載電流引起的同步電機的附加損耗，約略等于短路試驗（電樞電流為額定值、轉(zhuǎn)子堵轉(zhuǎn)）時的附加損耗，所以又叫短路附加損耗。鐵心中的基本損耗主要是主磁場在鐵心中交變產(chǎn)生的磁滯、渦流損耗短路時由于漏磁場在定子繞組中引起的附加損耗短路時由于漏磁場在金屬部件中引起的附加損耗相帶諧波磁勢短路附加定子諧波在轉(zhuǎn)子表面引起表面損耗損耗齒諧波磁勢磁場的三次諧波在定子齒產(chǎn)生的附加損耗（磁勢中若含三次諧波磁勢，但由于凸極機氣隙分布不均勻，使直軸三次諧波分量與轉(zhuǎn)子磁勢三次諧波分量疊加在定子齒中產(chǎn)生附加損耗）（一）短路時由于漏磁場在定子繞組中引起的附加損耗短路漏磁場定子繞組擠流增加的這個電阻上的損耗直流電阻RMIPCU2交流電阻繞組電阻增加系數(shù)KIFP2FK附加損耗CUFCUAD1（二）短路時漏磁場在定子繞組端部附近的金屬部件中產(chǎn)生的附加損耗按經(jīng)驗公式計算定子電負荷損耗系數(shù)定子內(nèi)徑極距152112103APAPMDPFDCCICIPL（三）定子繞組磁勢諧波在轉(zhuǎn)子磁極表面引起的表面損耗一個槽中心而產(chǎn)生的而集中在電樞表面由于導體不均勻分布在齒諧波磁勢相而大小不一產(chǎn)生導體中電流因?qū)儆诓煌寡仉姌袌A周邊分布的由于相帶存在相帶諧波磁勢諧波磁勢基波磁勢,FI1、定子相帶諧波磁勢在磁極表面產(chǎn)生的附加損耗一般根據(jù)工廠經(jīng)驗公式計算5120032321ZNTBKQKWSPPKXQPPFEFEADK空載磁極表面損耗3表系數(shù)值縱軸電樞反應(yīng)電抗標么XADMPZQK21短距系數(shù)A各相導體在槽中的分布情況B磁勢曲線及其分解。其中階梯形曲線表示當A相電流達最大值時的三相合成磁勢曲線C齒諧波磁勢曲線D相帶諧波磁勢曲線相帶諧波損耗與哪些因素有關(guān)A與短距系數(shù)有關(guān)。諧波次數(shù)是5、7、11當08相帶諧波中的較低次分量（5次及7次）因繞組短距而被大大削弱采用短距繞組可以降低轉(zhuǎn)子表面損耗。B表面損耗還與電負荷有關(guān)。，諧波磁勢大，損耗大。1A1IC與有關(guān)。諧波磁勢諧波磁通是經(jīng)過氣隙而與轉(zhuǎn)子交鏈的相對氣隙大磁阻越小同樣磁勢磁通大損耗大。2、定子齒諧波磁勢在表面產(chǎn)生的附加損耗一般工廠計算方法極靴中心處氣隙極尖處氣隙比例系數(shù)定子槽數(shù)空載磁極表面損耗MAXAX1512003212023KKZNTBKQKWSPPKZXPPFEFEADTK推導公式2512410265KNZTAKPEFPTK與哪些因素有關(guān)A與值有關(guān)。，齒諧波磁勢，表面損耗（有關(guān)）。1Q141TB與有關(guān)。，諧波磁勢大，損耗大。AIC與有關(guān)。（四）短路電流為額定值時磁場的三次諧波在定子齒中產(chǎn)生的附加損耗1、凸極機氣隙不均勻，轉(zhuǎn)子勵磁磁勢與電樞反應(yīng)磁勢的基波分量均在氣隙中FFAF產(chǎn)生3次諧波磁場。短路時，定、轉(zhuǎn)子3次諧波磁場互相疊加。凸極同步電機的三次諧波磁場A直軸電樞反應(yīng)磁場曲線B勵磁磁場曲線2、計算,15327150,10710311501345BAABBXAFPGKWGBPDMTTADDTTTT查圖電樞反應(yīng)諧波磁場系數(shù)次諧波磁場系數(shù)磁極平均磁密空載額定電壓時定子齒單位質(zhì)量損耗定子齒重量磁極及電樞反應(yīng)3次諧波磁場系數(shù)計算3、與哪些因素有關(guān)盡量使勵磁磁勢分布接近正弦，電樞反應(yīng)磁勢。三、異步機負載時的附加損耗1、影響異步機負載時的附加損耗不進行詳細計算，一般按0。5PE計算，這是很不精確的。對于采用壓力鑄鋁工藝的小型異步機，達23，有的甚至達45。該損耗對電機的經(jīng)濟性、啟動性能影響很大，造成溫升過高。2、籠型轉(zhuǎn)子異步電機附加損耗包括哪幾部分定子繞組的漏磁場在繞組內(nèi)及端部附近金屬部件中產(chǎn)生的附加損耗；定子磁勢諧波產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流引起的附加損耗；定子磁勢諧波產(chǎn)生的磁場在轉(zhuǎn)子鐵心表面引起的表面損耗，忽略脈振損耗；沒有槽絕緣的鑄鋁轉(zhuǎn)子中，由泄漏電流產(chǎn)生的損耗。（一）在直槽的情況下，由定子磁勢諧波在籠型轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生的附加損耗1、相帶磁勢2124124IRZKNMPDP定子諧波磁勢齒磁勢ZMZICP212有關(guān)與查由圖損耗系數(shù)對應(yīng)于一階齒諧波頻率條交流電阻折算到定子邊的轉(zhuǎn)子導定子諧波繞組系數(shù)次諧波的繞組系數(shù)假設(shè)轉(zhuǎn)子繞組對轉(zhuǎn)子導條交流電阻定子相電流12221,5,ZCRKIMZDP2、與哪些因素有關(guān)與定子繞組諧波繞組系數(shù)，轉(zhuǎn)子繞組假想繞組系數(shù)有關(guān)。DPK2K2KDP與諧波次數(shù)有關(guān)；2,B與定轉(zhuǎn)子槽數(shù)比值有關(guān)；一般采用近槽配合。,1Z與轉(zhuǎn)子槽數(shù)有關(guān)；，少槽。42122,750,ZKPIEFPZ（二）斜槽情況下，如導條未絕緣，由定子磁勢諧波在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生的損耗0,4214212接觸電阻決定于導條與鐵心間的損耗橫向電流導條絕緣不好如斜一齒距齒諧波磁勢矢量相加導條中相帶諧波磁勢導條絕緣很好斜槽ZSKDPEEIRKNMP（三）降低異步電動機負載附加損耗的措施節(jié)能損耗附加損耗1、采用諧波含量較少的各種定子繞組型式（雙層短距分布、單雙層、正弦、Y混合）諧波磁勢損耗；2、采用少槽近槽配合；3、采用斜槽，增大導條與鐵心間接觸電阻；4、適當增大氣隙；5、采用磁性槽楔或閉口槽。56機械損耗軸承摩擦損耗與摩擦面上壓力、摩擦系數(shù)及相對運動速度有關(guān)機械損耗電刷摩擦損耗與速度有關(guān)通風損耗與電機結(jié)構(gòu)、風扇型式、通風系統(tǒng)中的風阻速度有關(guān)機械損耗也難以準確計算，一般以已制好的試驗數(shù)據(jù)估取，或按經(jīng)驗公式估算。四、軸承摩擦損耗滑動軸承的摩擦損耗/0215050/101503225023550SMVMSNLDPKWVLDPLJJJJJJJF軸頸的圓周速度度時油的粘度工作溫度軸頸長度軸頸直徑壓強軸頸投影面上的壓力或滾動軸承的摩擦損耗/1058SMVDNFKWVDFPF滾珠中心處圓周速度滾珠中心處的直徑軸承的速度負荷五、通風損耗/1075332SVKWVPW風扇外圓的圓周速度通過電機的通風量六、軸承摩擦和通風損耗的實際計算方法1直流機對于直徑為，軸上沒有風扇的電機/31901036SMVKKWPVKPA