铁心涡流损耗分析与计算方法

电机稳态运行时，磁场能为零。转化为热能的各种损耗可分解为磁场在定转子铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗、电机旋转而产生的机械损耗（通风损耗、轴承摩擦损耗和电刷摩擦损耗）、定转子导体中的电流在电阻中产生的铜耗和电刷接触损耗。

1.铁心损耗

铁心损耗为磁场发生变化时在定转子铁心中产生的磁滞损耗和涡流损耗之和。

磁滞损耗为铁磁材料被反复交变磁化时磁畴相互间不停地摩擦消耗能量而造成的损耗。磁滞损耗P_h可表示为

P_h=C_hf（B_m）nV （6-3）

式中，C_h为磁滞损耗系数，该系数取决于材料性质；f为磁场交变的频率；B_m为磁通密度的最大值；V为铁心的体积；n一般为1.6～2.3。

当通过铁心的磁通变化时，铁心中将产生感应电动势并引起环流，该环流在铁心内围绕磁通做旋涡状流动并产生损耗，该损耗称为涡流损耗。涡流损耗P_e可表示为

P_e=C_eΔ²f²（B_m）2V （6-4）

式中，C_e为涡流损耗系数，其大小取决于材料的电阻率；Δ为硅钢片的厚度。

铁心损耗P_Fe可表示为

P_Fe=P_h+P_e=C_hf（B_m）ⁿV+C_eΔ²f²（B_m）²V （6-5）

对一般硅钢片，在正常工作磁通密度范围内，式（6-5）可近似写成

P_Fe=C_Fef^1.3（B_m）²G （6-6）

式中，C_Fe为铁心损耗系数；G为铁心重量。

式（6-6）表明：铁心损耗与频率的1.3次方、最大磁通密度的二次方及铁心重量呈正比关系。

2.机械损耗(www.xing528.com)

机械损耗包括轴承摩擦损耗、电刷摩擦损耗和通风损耗。

滚动轴承的摩擦损耗表示为

P_f=0.15Fv/d×10^-5 （6-7）

式中，F为轴承载荷（N）；v为滚珠中心的速度（m/s）；d为滚珠中心的直径。

自通风电机中的通风损耗表示为

P_W=1.75q_vv² （6-8）

式中，q_v为通过电机的空气体积流量；v为风扇外围的速度（m/s）。

电刷摩擦损耗表示为

P_fb=μ_bp_bS_bv（6-9）

式中，μ_b为摩擦系数；p_b为电刷压力；S_b为电刷工作面积；v为换向器的圆周运动（m/s）。

3.定转子铜耗

定转子电磁线或成型绕组的内阻引起的电气损耗称为定转子铜耗。根据焦耳-楞次定律，定转子铜耗表示为

P_cu=∑（I_x）²R_x （6-10）式中，I_x为绕组X中的电流；R_x为换算至基准温度绕组X的电阻。

4.电刷接触损耗

电刷和集电环或电枢与换向器间存在接触电阻，有电流通过时将产生电气损耗，该损耗称为电枢接触损耗，其值为0.2～1.0V。