电机交流损耗

考虑到最近很多人在问这个问题，因此专门整理出来，供新手参考。

先谈一下什么情况下需要做铁耗分析。

对常规交流电机（同步或者异步电机），只有定子铁心才会产生铁耗，转子铁心是没有铁耗的，学过电机的人都明白的。

因此，只需要对定子铁心给出B-P曲线（也就是铁损曲线）。

注意，B-P 曲线分为单频和多频两种，能给出多频损耗曲线最好，这样maxwell算得准些。

设置完铁损曲线以后，还要记得在excitations/set core loss，对定子铁心勾选才行。

此时，不需要给定子和转子铁心再施加电导率，这是初学者容易忽视的问题。

后处理中，通过result/create transient reports/core loss查看铁耗随时间变化曲线。

再谈一下什么情况下需要做涡流损耗分析。

对永磁电机，永磁体受空间高次谐波的影响，会在表面产生涡流损耗；对实心转子电机，由于是大块导体，因此涡流损耗占绝大部分。

以上两种情况需要考虑做涡流损耗分析。

现以永磁电机为例，具体阐述。

对永磁体设置电导率，然后对每个永磁体分别施加零电流激励源，在excitations/set eddy effect，对永磁体勾选。

注意，若只考虑永磁体的涡流损耗，而不考虑电机其他部分（定转子铁心）的涡流损耗，则只需要给永磁体赋予电导率值，其他部件不需要赋电导率，这是初学者容易搞错的地方。

简而言之，只对需要考虑涡流损耗的部件，施加电导率，零电流激励和set eddy effect。

后处理中，通过results/create transient reports/retangular report/solid loss查看涡流损耗随时间变化曲线。

最后，再次强调一下，做涡流损耗分析，需要skin depth based refinement 网格剖分才行。

以上方法，适用于Ansoft maxwell 13.0.0及以上版本，并适用于所有电机种类。

一、MAXWELL分析磁场时，电气设备或电气元件（无论是电机还是变压器）主要包括两个部分，一个是励磁线圈，另外一个是磁性材料。

电机机械损耗计算公式
电机机械损耗通常可以通过以下公式进行计算：
机械损耗 = K1 N^x.
其中，K1是一个与电机设计和制造有关的常数，通常由电机制
造商提供；N是电机的转速；x是一个与电机设计有关的指数。

这个公式是一个简化的形式，实际的机械损耗计算可能会考虑
更多因素。

例如，电机的负载、温度、摩擦等因素都可能对机械损
耗产生影响。

在实际应用中，还需要考虑额定负载下的效率、功率
因数等参数，以及电机的工作环境等因素。

另外，不同类型的电机（比如直流电机、交流电机、同步电机、异步电机等）其机械损耗的计算公式可能会有所不同。

因此，在实
际应用中，需要根据具体的电机类型和工作条件来选择合适的机械
损耗计算方法。

总的来说，电机的机械损耗计算是一个复杂的过程，需要综合
考虑多种因素。

在实际应用中，最好依据电机制造商提供的技术资料和相关标准进行计算，以确保准确性和可靠性。

电机在不同温度下的效率损失表电机在不同温度下的效率损失表【引言】电机作为现代工业中最常用的电力转换装置之一，其效率对于工业生产的效益和可持续发展起着重要的作用。

然而，电机在运行中会因为各种因素而产生效率损失，其中温度是一个重要的影响因素。

本文将围绕电机在不同温度下的效率损失进行全面评估，并探讨其中的原因和可能的解决方案。

【主体】一、电机性能与温度相关性分析温度是影响电机性能的重要因素之一。

电机自身的损耗会导致温度升高；另高温环境下的导热不良也会导致电机温度升高。

这些因素相互作用，使得温度成为了影响电机效率的重要因素。

1. 电机效率随温度的变化电机在不同温度下的效率往往存在一定的差异。

以某型号交流电机为例，其工作温度范围为-40℃到+60℃。

当电机工作在较低温度时，其效率较高，能够达到额定效率的90%以上。

随着温度的升高，电机的效率逐渐下降，当温度达到极限温度时，电机的效率可能降低到额定效率的80%左右。

2. 温度对电机损耗的影响温度升高会导致电机内部各部件的电阻增加，从而产生更多的电阻损耗。

高温环境下电机的绝缘性能会降低，从而增加了漏电损耗。

这些额外的损耗会导致电机整体效率下降。

二、温度对电机效率的影响原因分析电机在不同温度下的效率损失主要受到两个方面的影响，即内部原因和外部原因。

1. 内部原因内部原因主要与电机本身结构和材料的特性有关。

电机内部的摩擦、电磁铁的电阻和电磁线圈的损耗等都会导致效率下降。

电机受到高温环境的影响，可能会导致电机散热不良，进一步增加了电机的内部损耗。

2. 外部原因外部原因主要包括工作环境温度、通风条件和冷却系统等方面的因素。

如果电机所处的工作环境温度较高，会导致电机散热不够充分，无法有效降低电机温度。

通风条件不良或冷却系统故障也会影响电机的散热效果，从而造成温度上升和效率下降。

三、电机在不同温度下效率损失的解决方案为了降低电机在高温环境下的效率损失，我们可以采取一些措施来改善电机的运行状况。

电机损耗计算范文1.电机损耗计算的基本原理电机损耗指的是电能转化为其他形式能量（如热能和机械能）过程中的能量损失。

电机损耗包括铁耗、铜耗、风阻损耗和机械摩擦损耗等。

铁耗是由于电磁感应引起的铁心材料损耗。

铁心材料在磁场中会发生磁滞损耗和涡流损耗。

磁滞损耗是由于铁心材料在周期性的磁化和去磁化过程中所吸收的能量产生的，涡流损耗是由于磁感应产生的交流涡流在铁心材料内部所产生的能量损失。

铜耗是由于电流通过电机绕组产生的电阻损耗。

电流通过电机绕组时会由于电阻而产生功率损耗。

铜耗与电流的平方成正比。

风阻损耗是由于电机内部空气流动阻力产生的能量损失。

风阻损耗与电机内部的通风方法和风扇的效率有关。

机械摩擦损耗是由于电机内部机械部件摩擦所产生的能量损失。

机械摩擦损耗与电机内部机械部件的材料、润滑状况和运行条件有关。

2.电机损耗计算的方法理论计算法是根据电机的设计参数和运行条件，通过理论模型计算电机损耗。

理论计算法需要获得电机的设计参数（如铁心材料的磁滞特性曲线和导纳的材料参数等）和运行条件（如电机转速、电流和环境温度等）。

然后应用相应的数学模型，计算电机的损耗。

实测法是通过具体的试验设备和方法测量电机的损耗。

实测法可以测量电机在不同负载和工况下的损耗，并用于评估电机的性能。

3.电机损耗计算的应用此外，电机损耗计算还可以用于估计电机的维修和修复成本。

电机的损耗会导致电机的寿命减少和运行效果降低，从而增加电机的维修和修复成本。

通过计算电机的损耗，可以预测电机的使用寿命和维修周期，并制定相应的维修计划和预算。

综上所述，电机损耗计算是一种重要的评估电机性能的方法，可以用于估计电机的热负荷、效率损失和维修修复成本等方面，对于电机的设计、选择和运行具有重要的指导意义。

D设计分析esign and analysis 2019年第47卷第12期 姜华 扁铜线电机交流损耗的计算方法 32　收稿日期:2019-04-08扁铜线电机交流损耗的计算方法姜　华(上海大学,上海200135)摘　要:因集肤效应㊁邻近效应对扁铜线的影响,新能源汽车扁铜线电机的交流损耗计算越来越重要㊂扁铜线层数越来越多,单纯的2D模型仿真计算已经不能满足其精度要求,研究了一种利用外电路联合仿真的方法㊂仿真计算和样机实测对比结果表明,该方法能够满足工程应用要求㊂关键词:扁铜线电机;AC损耗;外电路;联合仿真中图分类号:TM303 文献标志码:A 文章编号:1004-7018(2019)12-0032-03Calculation of AC Loss of Hair-Pin Winding MotorJIANG Hua(Shanghai University,Shanghai200135,China)Abstract:Because of the influence of the skin effect and theproximity effect on the hair-pin winding,the calculation accuracy of the AC loss of the hair-pin winding motor of new energy vehicles becomes more and more important.With more and more layers of the hair-pin winding,the simple2D model can not meet the calculation accuracy requirements.A meth⁃od of joint simulation using external circuit was studied.The comparison between simulation and prototype showed that the method can meet the requirements of engineering application.Key words:hair-pin winding motor,AC loss,external circuit,joint simulation0　引　言对于新能源汽车来说,其驱动系统的核心就是驱动电机,驱动电机的性能优劣直接决定了新能源汽车性能好坏㊂随着新能源汽车的不断发展,新能源驱动电机呈现出向高功率㊁小体积㊁高转速方向发展㊂伴随电机工艺及设备的成熟,电机绕组由圆铜线设计逐渐向发卡式扁铜线绕组设计发展㊂发卡式扁铜线电机有以下优点:槽满率高,散热性好,绕组端部短,体积小㊂事物均有两面性,扁铜线电机也有一些缺点:集肤效应大,不利于系列化,对扁铜线漆膜要求高,对量产设备要求高㊂扁铜线电机在很多行业都有应用,如大功率异步电动机㊁矿山电机㊁风力发电机㊁火力发电机㊁大功率牵引电机㊁机车电机等㊂因为这些电机频率低,用基于等效电路的场计算方法能够满足工程应用㊂但随着新能源汽车电机频率的不断提高,基于等效电路的场计算方法完全不能满足其要求,单纯的2D有限元仿真计算方法已经不能准确计算其交流损耗[1]㊂因此,提高扁铜线电机绕组的交流损耗计算精度就显得尤为重要㊂本文以行业内最常用的ANSYS Maxwell仿真软件介绍扁铜线绕组交流损耗的计算方法㊂目前,行业内较准确的计算方法,是按照实物建立3D仿真模型,但3D仿真模型对计算机工作站配置性能要求高,计算时间长,对于一般工程应用来说不太适用㊂如果拥有小型的超级计算中心,那么方案的校核精确计算可以直接用3D模型完成㊂如何提高2D仿真模型的计算精度,以达到工程计算的要求,本文利用2D仿真模型和外电路的联合仿真方法实现交流损耗的计算㊂1　建立外电路用ANSYS RMxprt自动生成的2D模型,无论扁铜线绕组设置多少匝㊁多少根并绕,软件生成的都是等效两层的矩形导体,如图1所示,且导体类型均等效为 stranded”设置[2],如图2所示㊂图1　等效生成绕组2D 模型图2　绕组设置 直接利用ANSYS RMxprt生成的2D模型计算扁铜线交流损耗,当电源频率很低(f r≤50Hz)时,其准确性还能满足工程要求㊂但随着频率升高,负 2019年第47卷第12期D设计分析esign and analysis 姜　华 扁铜线电机交流损耗的计算方法33　载点的交流损耗计算精度越来越低,尤其是考虑控制器输出电源PWM 谐波含量时,交流损耗计算的精度完全不能满足工程要求㊂如果是两层绕组,且并联支路数a =1,将绕组类型设置更改成solid 后,可以提高其交流损耗的计算准确性㊂但需要注意的是,直接用ANSYS RMxprt 生成的2D 导体模型的长㊁宽尺寸与设计尺寸不相同㊂为了提高计算精度,直接在Maxwell 2D 中按设计尺寸建立绕组2D 模型㊂如果是多层扁铜线绕组,且并联支路数a ≥2时,直接用ANSYS RMxprt 自动生成的2D 模型即使将绕组设置改成solid 后,也不能准确地计算,因为ANSYS Maxwell 电源激励设置只能对一条并联支路进行电源设置㊂当2D 模型将每层绕组都按实物分布在槽中时(以激励为电压源㊁绕组为Y 接㊁并绕根数为2的4层绕组为例),等效模型如图3所示㊂图3　自建4层扁铜线绕组如果1层㊁2层绕组为独立的支路LA1,3层㊁4层绕组为独立的支路LA2,另外,B 相㊁C 相绕组以相同的规律分支路,此时需要利用外电路建立2D 模型㊂利用ANSYS Maxwell 直接建立外电路,如图4所示㊂图4　外电路模型只需要给每相绕组的电压源赋值,不需要单独给每条并绕根数组成的并绕支路(La1㊁La2)单独赋值,故联合外电路建立模型,如图5所示,该模型适图5　加电源谐波的外电路(以上电压源激励只添加了1倍和2倍开关频次PWM 谐波)用多根并绕的复杂绕组形式,或者多条并联支路数的仿真在需要考虑控制器PWM 谐波时,可以直接将电压源中各次谐波加入外电路激励中[3](为简化仿真,一般只添加幅值相对较大的电源谐波)㊂2　计算绕组端部AC /DC 电阻等效系数目前,Maxwell 2D 软件当绕组导体设置为solid时,只能对绕组直线部分进行损耗的有限元计算,对于绕组端部没有进行有限元仿真计算㊂绕组端部电阻值㊁端部电感值均是直接输入进行后处理计算,且输入的电阻值只是相应绕组温度下的直流电阻值,没有考虑扁铜线在不同频率下的交流电阻值㊂为了提高计算精度,在计算绕组总交流损耗时,绕组端部需要考虑交流损耗㊂在有㊁无铁心情况下,扁铜线绕组交流电阻系数相差很大,K bar ≫K end ,所以不能直接将直线部分的绕组交流电阻系数K bar 直接用于绕组端部的交流电阻系数K end ㊂绕组端部不用建立3D 端部模型计算,原因是3D 计算耗费时间太长㊂直接用绕组直线部分的2D模型等效计算绕组端部交流电阻随着频率变化的系数,此时的绕组模型只有电枢绕组,没有铁心㊂此种状态下与实物绕组端部在分相上是一样的,但空间分布不完全一样,通过理论计算与实测数据对比,这种等效计算方法能够满足工程应用要求㊂无铁心情况下扁铜线绕组2D 模型如图6所示(电枢绕组分相与实物一致)㊂图6　只保留绕组的2D 模型先计算扁铜线直线部分其直流电阻损耗,然后计算在不同频率下的交流电阻损耗,两者比值作为扁铜线电机端部绕组的AC /DC 电阻系数㊂扁铜线绕组端部AC /DC 电阻系数曲线如图7所示㊂图7　电枢绕组端部AC /DC 电阻系数3　仿真计算绕组总的AC 电阻损耗先计算出端部绕组的直流电阻值,然后通过端部绕组的等效AC /DC 电阻系数,计算出相应电源频 D设计分析esign and analysis 2019年第47卷第12期 姜　华 扁铜线电机交流损耗的计算方法 34　率下的绕组端部的每相交流电阻值,最后代入外电路R ac中进行联合仿真计算㊂因为Maxwell2D中,仿真结果中的solidloss只是扁铜线绕组直线部分的交流损耗值,故需后处理绕组的端部交流损耗值㊂即:p end=3I2rms R ac(1)式中:I rms为负载工况下的相电流有效值;R ac为负载工况下绕组端部的每相交流电阻㊂负载工况下整个扁铜线绕组的交流损耗等于端部绕组的交流损耗与直线部分的交流损耗之和㊂即:p ac=p end+p bar(2)式中:p bar为负载工况下绕组直线部分的交流损耗值,即仿真结果中绕组的solidloss㊂4　电机仿真和实测AC/DC电阻系数对比先计算出绕组直线部分的直流电阻R dc,然后在负载工况下仿真计算出相电流I rms,即可计算出直线部分直流电阻损耗值[4]:p bar=3I2rms R dc(3) 然后,计算负载工况下的直线部分交流损耗p bar,即可推出直线部分的AC/DC电阻系数㊂将绕组直线部分AC/DC电阻系数和端部AC/DC电阻系数按每相绕组直线部分和端部的长度之比,即可计算出整个绕组的AC/DC电阻系数㊂负载工况下(低频㊁中频㊁高频所对应的9个不同工况)仿真和实测对比结果如表1所示㊂通过仿真计算与实测数据的对比结果可以看出,仿真计算与实测结果偏差很小,最大相差7%㊂通过实验样机测试,电枢绕组温度为60℃时,得到电枢绕组在不同频率下AC/DC电阻系数,如图8所示㊂图8　60℃时实测AC/DC电阻系数表1　仿真和实测电枢绕组AC/DC电阻系数(60℃)转速n/(r㊃min-1)转矩T/(N㊃m)频率f/Hz仿真AC/DC电阻系数直线部分端部绕组实测绕组AC/DC电阻系数差值/%50017030.4 1.0098 1.0021 1.0058 1.0087-0.29 5006827.8 1.0094 1.0021 1.0021 1.0087-0.31 5001426.2 1.0096 1.0021 1.0056 1.0087-0.66 4610170236.1 1.3317 1.0964 1.2175 1.1830 2.91 461068233.3 1.3454 1.0964 1.2239 1.1830 3.346 461014233.3 1.3049 1.0963 1.2047 1.1830 1.83 1350055689.5 3.2664 1.4792 2.3550 2.19907.09 1350040683.5 3.1938 1.4791 2.3208 2.1990 5.54 1350010680 3.1676 1.4791 2.3084 2.1990 4.975　结　语对于发卡式扁铜线电机交流损耗的计算,此种利用ANSYS Maxwell2D仿真计算的方法能够在较短的时间内达到工程应用的要求㊂当然,如果需要更精确的模型校核计算,可以考虑建立3D模型,利用配置高的工作站校核计算㊂此方法可以加入电源部分PWM谐波进行仿真,但没有考虑电机参数对控制器PWM谐波的影响㊂如需考虑其影响,则需利用Simulink搭建控制器逆变电路进行联合仿真,并需要将控制器控制策略置入其中,目前对整个电机系统的联合仿真软件还不够成熟㊂参考文献[1]　唐任远.现代永磁电机理论与设计[M].1版.北京:机械工业出版社,1997.[2]　赵博,张洪亮.Ansoft12在工程电磁场中的应用[M].1版.北京:中国水利水电出版社,2010.[3]　黄俊,王兆安.电力电子变流技术[M].3版.北京:机械工业出版社,1994.[4]　陈世坤.电机设计[M].2版.北京:机械工业出版社,2000.作者简介::姜华(1984 ),男,硕士研究生,研究方向为特种电机及其控制系统㊂(上接第31页)[11]　ZHU Z Q,HOWE D,BOLTE E,et al.Instantaneous magneticfield distribution in brushless permanent magnet dc motorspart1:Open-circuit field[J].IEEE Transactions on Magnetics,1993,29(1):124-135.[12]　詹琼华.开关磁阻电动机[M].武汉:华中理工大学出版社,1992.作者简介:周智庆(1979 ),男,讲师,研究方向为高性能电驱动系统,新能源以及智能机电一体化技术及其系统㊂。

交流异步电机的空载损耗主要包括两部分：铁损和转矩损耗。

1. 铁损：交流异步电机在空载状态下，电机内部的铁芯产生磁通损耗和涡流损耗。

磁通损耗是由于铁芯中的磁通量发生变化而产生的磁化强度变化所引起的，涡流损耗是由于铁芯中的电势差在磁通变化时产生的反向电动势所引起的。

这两种损耗统称为铁损，它们与电机铁芯的材质、几何形状、磁通密度以及频率等因素有关。

2. 转矩损耗：交流异步电机在空载状态下，电机的转子不产生转矩，但由于电机内部的电磁场仍然存在，因此转子上的导体会受到电磁力的作用，从而产生转矩损耗。

转矩损耗的大小与电机的转速、磁通密度、转子导体的材料和几何形状等因素有关。

因此，为了减小交流异步电机的空载损耗，可以采取以下措施：
1. 选择合适的电机铁芯材料和几何形状，以降低铁损。

2. 控制电机的空载时间和空载电流，以降低转矩损耗。

3. 在电机设计时，可以考虑加入空载保护电路或自动切断空载电路，以避免电机空载运行时间过长，从而减少空载损耗。

4. 在电机运行时，可以通过优化控制策略和调整电机参数等措施，以降低电机的空载损耗。

我们要计算在Maxwell中电机绕组的交流损耗时，绕组的集肤深度剖分。

首先，我们需要了解集肤效应以及集肤深度的概念。

当交流电通过导体时，电流趋向于导体的表面流动，而不是均匀分布在导体的截面上。

这种现象被称为集肤效应。

集肤深度是描述电流在导体中流动深度的一个参数。

集肤深度(δ)的公式为：
δ= sqrt(2/(ω×μ×σ))
其中，
ω是角频率，ω= 2πf，f 是频率，
μ是导体的磁导率，
σ是导体的电导率。

为了计算绕组的交流损耗，我们需要知道电流在绕组中的分布深度，即集肤深度。

计算结果为：绕组的集肤深度是0.0093 米。

所以，在Maxwell中计算电机绕组的交流损耗时，需要考虑绕组电流分布的深度为0.0093 米。