电机损耗新分类

Nephology

一、        永磁同步电动机的损耗符号表
尽量与GB/T 1032一致。大写P表示损耗，小写p表示损耗密度(或称损耗系数)。二者差质量G。k表示修正系数。都是斜体。各个下标的含义如表1 所示。
Fe        铁耗        δ        气隙
Cu        铜耗        t        齿部
fw        机械耗，又称风摩耗        c        轭部
s(小写)        杂散损耗        PM        永磁体
ad        附加损耗        t        实测值
0        空载        a        解析计算值
N(大写)        额定负载        f        有限元计算值
1        定子(可省去)        I(大写)        电流引起的
2        转子        p(小写)        加工引起的
h        磁滞损耗        r        旋转磁化和小磁滞回线引起的
e        涡流损耗        Λ(希文)        磁导引起的
                i        理想空载
表1  损耗计算所用到的各下标含义


二、        永磁同步电动机的损耗分类
所有电机损耗分类时，既要考虑理论分析和计算方便，更要服从测试方法的可行性，好验证。
目前，工程上惯用的永磁同步电动机（含伺服电动机和牵引电动机）的损耗分为四类
1、铜耗 。新标准规定，以温升+冷却介质（环境）温度25℃时的工作温度作为计算电阻和铜耗的基准温度。在高频时要用计及趋肤效应和邻近效应的交流电阻 ， ，式中 为交流电阻系数， 为直流电阻。
2、机械损耗，又称风摩耗 。由两部分组成：1）通风损耗；2）摩擦损耗。
3、铁耗
3.1空载铁耗 。可在电动机空载试验中分出，由两部分组成：
3.1.1基本铁耗。用材料厂提供的损耗曲线计算得出的理想情况下的铁耗。它只计及交变磁化引起的磁滞损耗和基波磁场在钢片中均匀分布时引起的涡流损耗。齿部和轭部的铁耗分开计算，因二者的修正系数不同。计算温升时也需分开。
注1、《电机设计》书中“把由于钢片加工（钢片冲压和车削后片间的短接）、磁通密度分布的不均匀、磁通密度随时间不按正弦规律变化以及旋转磁化与交变磁化之间的损耗差异等而引起的损耗增加等”都用一经验系数加以估计而列入基本铁耗内，与现有工程算法不同。
注2、有的论文用有限元法计算时，计及由磁场局部变化、旋转磁化和谐波影响等因素引起的损耗，并归入基本铁耗，则修正系数与现有工程算法的系数也不同。
3.1.2空载杂散损耗。又分：
①由加工引起的铁耗增量，据以对损耗曲线或损耗系数进行修改。在后面的计算中，都要用修改后的损耗曲线或损耗系数；
②永磁体产生的气隙磁场分布非正弦，铁心存在旋转磁化和小磁滞回线引起的铁耗增量；
③定子铁心开槽导致气隙磁导不均匀引起的铁耗增量（定子铁心磁导谐波在空间不动，主要在转子特别是永磁体中产生的损耗增量；
④永磁体端部漏磁场在铁心附近的金属结构件中产生的涡流损耗；
前四项为理想空载（定子电流为0）时的空载杂散损耗，可由反拖法测出。
⑤正弦波电压供电时，定子空载电流与永磁体产生的合成磁场空间谐波分量在定、转子铁心（主要指铁心表面损耗和齿中脉振损耗）中产生的损耗与空载电流为0时同类损耗的增量；
⑥正弦波电压供电时定子空载电流产生的谐波磁场在永磁体中引起的损耗；
⑦正弦波电压供电时定子空载电流产生的端部漏磁场在附近金属结构件中产生的损耗；
⑧在铜耗中，如近似认为 ，则由于高频电流的趋肤效应和邻近效应引起电阻加大而增加的损耗，称为附加铜耗。空载基波电流引起的附加铜耗列入本部分，空载时间谐波电流引起的列入⑨；
⑤～⑧为空载电流引起的空载杂散损耗，可由空载试验得出的损耗与理想空载得出的损耗之差得出。
⑨变频器供电时其电流时间谐波引起的空载杂散损耗增量。附加损耗是空载杂散损耗的一部分，由于这部分空载杂散损耗可以用试验方法单独得出，而且其影响因素与其它杂散损耗不同，故把它单独列出，称为空载附加损耗，简称附加损耗。
附加损耗可用变频器供电时空载试验得出的空载铁耗与正弦波电压供电时空载铁耗之差得出。
按时间谐波的分类，又可分为下列两部分：
1）由调制比导致的低次谐波电流引起的损耗增量。
2）由开关频率导致的高次谐波电流引起的损耗增量。
其中计算重点是永磁体的涡流损耗，不仅求出总损耗，还要求出其分布规律。
3.2 负载铁耗 。计算效率时用的是负载铁耗。由于负载磁密 与空载磁密 不相等而且谐波含量也不相等，需要对空载铁耗进行修正。
目前尚无成熟的计算和测试办法，暂时用计算单中二者之比的平方 对空载铁耗进行修正，得出负载铁耗。此忽略了谐波含量的差异，尚须验证。
永磁电机的磁密与工作温度有很大关系，故计算负载铁耗时也应与计算铜耗一样，归算到冷却介质温度25℃时的工作温度。
4、负载杂散损耗：由负载电流引起的除铜耗、负载铁耗和风摩耗以外的损耗。
4.1.（正弦波电压供电时的）负载杂散损耗：
①定子负载电流基波分量与永磁体产生的合成磁场谐波分量在定、转子铁心、绕组（含阻尼或起动笼）中引起的损耗；
②定子负载电流基波分量产生的谐波磁场在永磁体中引起的损耗。
③定子负载电流基波分量产生的漏磁场在附近的金属结构件中产生的损耗。
计算方法与3.1.2的⑤～⑧相同，仅需将空载电流改为额定负载电流。正弦波电压供电时额定负载电流引起的杂散损耗与空载电流引起的杂散损耗之差为负载杂散损耗（在不致发生混淆时可简称杂散损耗），试验时用剩余损耗法得出。
4.2.变频器供电时的负载附加损耗：由变频器供电时负载电流时间谐波引起的损耗与空载附加损耗的增量，与3.2一样，含二部分。
1）由调制比导致的低次谐波电流引起的损耗增量；
2）由开关频率导致的高次谐波电流引起的损耗增量。
根据GB/T 25542-2010《旋转电机（牵引电机除外）确定损耗和效率的试验方法》，这部分增量近似为零。其前提是假设负载时只增加基波电流，谐波电流幅值大小（不是谐波含量，THD）与空载时近似相等。此需验证。也可能因为这部分增量无法测量而作出的近似假定。通过对多台样机空载和负载试验电流波形数据的分析，得到谐波电流幅值从空载到负载发生较大变化，因而，需要在负载杂散损耗计算中考虑这部分变频器供电时的负载附加损耗。

三叔公mx

做个沙发,给版主捧个场啊

三叔公mx

请问一下版主  这里的空载电流波形为什么不是光滑的正弦波啊,是不是这样的波形得出来的数据也不准呢,怎样让他光滑点啊. 还有这里是我的网格图,麻烦版主指点一下啊

fming

波形上的毛刺估计是齿槽效应引起的，楼主试试两个办法：1、适当扩大气隙，减小定转子的槽开口；2、分段斜槽抑制齿槽效应，考虑到楼主这种IPM电机转子不易斜槽，可以让定子斜一个齿距角

zy1986

三叔公mx 发表于 2017-3-15 10:09
请问一下版主  这里的空载电流波形为什么不是光滑的正弦波啊,是不是这样的波形得出来的数据也不准呢,怎样让 ...

网格细化，粗的可以了

三叔公mx

fming 发表于 2017-3-15 13:33
波形上的毛刺估计是齿槽效应引起的，楼主试试两个办法：1、适当扩大气隙，减小定转子的槽开口；2、分段斜槽 ...

噢噢  谢谢啊   还有我不是楼主 版主才是呢

小北斗

三叔公mx 发表于 2017-3-15 10:09
请问一下版主  这里的空载电流波形为什么不是光滑的正弦波啊,是不是这样的波形得出来的数据也不准呢,怎样让 ...

你这是可以的，空载仿真没有问题

小北斗

讲的很详细，但计算时都要考虑吗？
我平时计算损耗温度是也没有考虑的那么细

小北斗

楼主，你好！关注你的帖子很久了。
你是沈阳工大的，你们电机这块确实比较牛。
我想请教你两个问题
（1）你有没有考虑过正弦电源与变频电源对电机损耗的影响？
如果分析，怎么保证输入电机电源效果相等？是保证电源基波？（还是总波？）有效值相等时对电机供电？
（2）楼主有考虑变频器参数（调制比或载波比）对电机损耗的影响吗？分别怎么考虑？
谢楼主指点！

Nephology

小北斗 发表于 2017-3-18 08:19
楼主，你好！关注你的帖子很久了。
你是沈阳工大的，你们电机这块确实比较牛。
我想请教你两个问题

考虑过，我目前就是做谐波损耗这一块。试验用发电机发出高频正弦波供电和ABB变频器供电，其实不做都知道，变频器肯定比正弦波大很多，调制比越大损耗越小，载波比越大损耗越小。  对于仿真这一块的电流波形，我们用的试验示波器测得的作为激励（里面包括了各次谐波）。如果没有试验可以尝试用simulink仿真出来的电流波形作为激励

小北斗

Nephology 发表于 2017-3-18 10:52
考虑过，我目前就是做谐波损耗这一块。试验用发电机发出高频正弦波供电和ABB变频器供电，其实不做都知道 ...

是这样的，是不是保证变频输出有效值（与正弦）相等就可以等效啦？

宁静小野

版主你好，我是沈阳工业大学的研究生。我跟我老师做PMSM电机的减振降噪的。刚到论坛，还望学长多多指教

a变数

你好，我看的论文里基本都写了铁损包括磁滞损耗和涡流损耗，然后后面又分析有永磁体涡流损耗。请问铁损中的涡流损耗和永磁体的涡流损耗具体有啥不同呢

a变数

宁静小野 发表于 2017-3-30 12:55
版主你好，我是沈阳工业大学的研究生。我跟我老师做PMSM电机的减振降噪的。刚到论坛，还望学长多多指教

你好，我看的论文里基本都写了铁损包括磁滞损耗和涡流损耗，然后后面又分析有永磁体涡流损耗。请问铁损中的涡流损耗和永磁体的涡流损耗具体有啥不同呢

herrwitz

a变数 发表于 2020-12-9 22:38
你好，我看的论文里基本都写了铁损包括磁滞损耗和涡流损耗，然后后面又分析有永磁体涡流损耗。请问铁损中 ...

因为铁心是冲片叠起来的，这部分涡流损耗仿真起来很不方便，一般计算直接在后处理中用Datasheet里面给的参考损耗用统计方法算出来。
永磁体里面的涡流得要通过仿真计算出来，这部分反应场得考虑进去，（一般）不能直接通过后处理得出结果。

本质上都是涡流，具体的计算方式不同而已。