电机消耗电能并产生机械能。产生的机械能与消耗的电能之比称为“效率”。为了最大限度地提高效率,您必须首先了解能量在哪里损失。
铜消耗量
铜损是“寄生”在电流上的。当电流通过电机的定子和转子时,由于绕组电阻的存在而产生损耗。
这部分能量损失为:
电流平方电阻时间(IRt)
铜损是电机所有损耗中最容易识别(计算)的。它只与电流和绕组的电阻有关。当电流流入绕组时,就会产生铜损。电流与电机扭矩有关。电机的“功率”越大,铜损就越大。
铁损
多条磁感应线从磁铁的N 极“开始”,在S 极“结束”。垂直穿过横截面的面积的乘积称为磁通量(=BS)。单位面积的磁通量称为“磁通密度”。磁通在电机的铁芯中“流动”并产生热量。 “流动”过程中产生的热量损失就是“磁滞损失”。这部分损耗实际上是铁芯被电流“磁化”时吸收的能量。它的大小取决于磁芯的材料(有多少磁阻)、电流频率(速度)和磁通密度(磁通量)的大小。
变化的电流形成变化的磁场。变化的磁场“触发”铁芯内部的感应电动势。电动势找到闭环并产生感应电流。封闭的“路径”就像一个“漩涡”,这些“漩涡”中的电流(涡流)导致铁芯内部的温升增大。
“涡流”引起的热损失就是“涡流损失”。铁芯长期在电磁场的“辐射”下会被磁化。对于某些材料来说,磁化是一个快速过程,但退磁是一个缓慢的过程。当磁场变强时,就会激发“磁滞”和“涡流”。当磁场变得很弱时,铁芯的“剩磁”开始发挥作用。这部分“剩磁”引起的磁滞损耗就是“剩磁损耗”。 ”。剩磁损耗主要‘寄生’在易磁化的材料(铁氧体)上。电机一般采用不易磁化的铁芯材料,因此这部分损耗相对较小。
“磁滞损耗”、“涡流损耗”和“剩余磁化损耗”是铁损的三个组成部分。如果电流频率足够大(速度快)、磁通足够强,铁损就大。
机械损失
无论电机运行在何种状态,机械损耗至少可占电机总损耗的20%。它们主要分为两大类:
第一类、风摩擦损失
电机转子旋转时,由于空气阻力的存在,会产生风摩擦,且旋转得越快,摩擦力就越强。风摩擦损失的大小取决于转子表面的粗糙度和转速。类似的个体还有很多,如:轴承摩擦损耗、转子引线与固定点(轴承)之间的摩擦、电刷损耗(有刷直流电机)、转子换向器与电刷的摩擦等,都与转子的结构和转速。
2类,杂散损耗
当定子绕组通过电流时,会产生IRt铜损,可能伴有“基波杂散损耗”。在定子和转子绕组之间“流动”的交流电流的大小和方向发生变化。变化的电流产生变化的磁场。当电机转速升高,电流频率升高到一定程度时,绕组线中心区域就会产生巨大的感应电动势。由于导线中心区域存在闭环,会产生感应。当产生电流时,感应电流阻碍了原有电流的变化,导线横截面的中心部分会形成“交通拥堵”区域。电流“流动”的“轨迹”会趋向于导线横截面的外部,这就是“集肤效应”。
其结果是,导线的截面积减小,导线的电阻增大,交流电流“穿透”绕组导线的能量(热)损失(IRt)有额外的加成。这个“相加”就是基频杂散损耗。
还有气隙磁场的谐波引起的一系列损耗。当气隙磁场的谐波进入铁芯形成“涡流损耗”,当气隙磁场的谐波被定子和转子“切割”时,感应出的谐波电流产生“铜”时气隙磁场谐波因磁阻变化而引起“磁滞损耗”,所有这些能量“浪费”称为“高频杂散损耗”。
最大损耗是多少与电机的运行状态有关。电机带负载时,“铜损”较大。当电机转速提高时,“铁损”就大。风摩擦损失和杂散损失相对稳定。当电机满载全速运行时,并不能确定哪一台的损耗最大。