電機損耗分析與效率提升

1、電機損耗分析

電機的損耗主要包括定子銅耗、定子鐵芯損耗、轉子鐵芯損耗、永磁體渦流損耗、機械損耗（軸承摩擦損耗+風磨損耗）和雜散損耗。

電阻的大小影響著電機的經濟性和運行特性。電機設計時，如果繞組選擇較低的電密，就需要較大的導線截面積，在匝數不變時，繞組電阻就小，銅耗就少，但會使得槽面積增大，用銅也較多；如果選擇較高的電密，就可以選擇細銅線，但又會導致繞組電阻增大，銅耗增加。

目前應用廣泛的鐵耗計算方法主要有兩種，一種是Bertotti在1987年提出的基于基波磁場在硅鋼片中均勻分布時引起的渦流損耗、交變磁化引起的磁滯損耗和定子開槽引起的氣隙磁導諧波磁場在鐵心中產生的附加損耗的三項分離鐵耗模型，另一種是基于渦流損耗和磁滯損耗的兩項分離鐵耗模型。這兩種方法中與材料相關的常數都是由電工鋼片廠商提供或者由鐵損曲線擬合得到，所以兩種方法得到的鐵耗基本一致。由這兩種方法得到的鐵耗與實驗數據對比，通常需要修正系數進行修正。

永磁同步電機運行時，由繞組電流電樞反應產生的基波磁動勢與永磁體產生的基波磁動勢同步旋轉。定子部分受基波磁動勢影響較大，因此磁密波動較大；而轉子與基波磁動勢同步旋轉，磁密波動較小。所以，轉子鐵耗較定子一般較小。

永磁體渦流損耗是由于定子開槽、定子磁動勢的非正弦分布等因素造成氣隙中含有大量諧波磁場，這些諧波磁場在永磁體中交變產生渦流損耗。一般采用仿真獲得。

軸承位于端蓋和轉軸之間，連接電機的動靜結合部件，在電機在轉動過程中，會產生機械摩擦損耗；轉子外表面略過空氣會產生風摩損耗。一般取功率的0.5%。

2、電機效率提升 

一般地，電機功率越大，電機最 高效率越容易高。在小功率的微電機中，一般只考慮銅耗、基本鐵耗和機械損耗，電機效率一般在60-80%；10kW以上電機，要考慮銅耗、鐵耗、永磁體渦流損耗、機械損耗與雜散損耗，可以做到90%以上。汽車驅動電機功率一般在50kW~1MW，采用釹鐵硼永磁同步電機，可以做到97%以上，甚至可以到98%；風力發電兆瓦級以上電機最 高效率一般在98%~98.5%之間。

電機效率提升的措施主要有通過優化設計降低電機損耗和通過工藝改善提高制造精度。

降低銅耗的措施主要有通過增加槽滿率和減小端部長度減小定子電阻、通過增加磁阻轉矩占比降低相電流；

降低鐵耗的措施主要有采用低損耗的優質冷軋硅鋼片（成本增加），減少電機的渦流損耗；調整槽形，選用合理的磁通量密度（與銅耗綜合考量），減少基波鐵損耗；增加鐵心長度（成本增加），減少磁通量密度來降低損耗；提高鐵心制造質量，保證硅鋼片表面的絕緣等措施；

降低機械損耗的措施主要有選用優質低摩擦軸承（潤滑脂、油潤滑），提高形位公差精度，保證電機整機裝配質量，降低摩擦損耗等；

降低雜散損耗的措施主要包括定子槽采用多槽數，尋優定子槽口寬度（電機槽口減小，電機漏抗增加，從而對PWM波引起的高次繞組諧波起到了較好的濾波作用，使得高次諧波電流引起的電樞反應減弱，槽口邊緣的突變相應減小），鐵心兩端采用非導磁材料；采用“正弦”繞組以削弱磁場中的高次諧波，削弱附加損耗，適當增加氣隙，采用磁性槽楔，精確控制斜槽度，采用特殊斜槽等措施。