电机铁损的大小与哪些因素有关

 磁测相关知识     |      2025-11-21 14:13:45

一、电磁运行工况:最直接的影响因素

1、磁通密度(磁感应强度):

       这是影响铁损的关键因素,磁通密度越高,铁损越大,尤其当磁通密度超过铁心材料的饱和拐点后,铁损会急剧上升。比如电机因过载、电源电压偏高或磁路设计不合理导致磁通密度超标时,损耗会明显增加。

2、磁场交变频率:

       频率越高,铁损越大。磁场交变速度越快,磁畴转向越频繁,磁滞损耗随之增加;同时高频会催生更强的感应电流,让涡流损耗大幅上升。像变频电机的高次谐波会引入额外高频分量,导致铁损比工频电机更高。

3、电源波形质量: 

       理想电源为正弦波,若存在高次谐波(如电网畸变、变频驱动场景),谐波的高频特性会显著放大涡流损耗和附加损耗,且谐波次数越高,损耗增量越明显。

4、运行温度:

       温度主要影响涡流损耗,温度升高时铁心材料电阻率增大,涡流电流减小,涡流损耗略有下降;但温度过高会恶化材料磁性能,使磁滞损耗略有上升,整体而言温度对铁损的影响远小于磁通密度和频率。

二、铁心材料特性:决定铁损基准水平

1、材料类型与成分:

       电机铁心主流材料是硅钢片(电工钢),硅含量越高,电阻率越大,涡流损耗越小,但磁滞损耗会略有上升,需平衡设计;非晶合金的铁损仅为硅钢片的 1/3~1/5,是更高效的选择,但成本高、脆性大。此外,材料中碳、硫、磷等杂质会阻碍磁畴转向,增大磁滞损耗,优质材料需严格控制杂质含量。

2、材料本身的铁损特性:

       不同材料的固有铁损差异显著,通常用特定条件下的单位重量铁损来衡量,选择低铁损特性的材料,能直接降低电机铁损基准。

3、材料厚度:

       材料越薄,涡流电流的路径越短,涡流损耗越小。工频电机常用 0.35mm 或 0.5mm 厚的硅钢片,高频电机为抑制涡流损耗,会选用 0.2mm 甚至 0.15mm 的薄硅钢片。

三、结构设计:影响磁路合理性与损耗路径

1、铁心叠片方式:

       铁心由硅钢片叠压而成,叠片越紧密,叠片系数越高,有效导磁面积越大,磁通密度分布越均匀,铁损越小;叠片时采用斜接缝而非直接缝,能减少磁路畸变,降低附加损耗。

2、磁路结构:

       气隙过大时,磁阻增加,为维持额定磁通,铁心磁通密度会间接升高,导致铁损增大;定子齿槽的形状和尺寸也会影响损耗,齿槽存在会导致气隙磁密周期性畸变,产生附加损耗,优化齿槽形状(如斜槽、宽齿窄槽)可减少这类损耗。

3、铁心尺寸与重量:

       总铁损与铁心有效重量直接相关,在满足电机功率需求的前提下,合理优化磁路设计,避免磁通密度过高,减小不必要的铁心体积,能直接降低总铁损。

四、制造工艺与使用条件:间接影响损耗大小

1、制造工艺:

       硅钢片冲剪时产生的机械应力会恶化材料磁性能,增大磁滞损耗,需采用高精度冲剪设备并减少毛刺;冲剪后的硅钢片经退火处理,可消除应力、恢复磁性能,未退火的铁心铁损可能增大 10%~20%;叠片间需涂刷绝缘漆,防止叠片短路形成大涡流,若绝缘破坏,涡流损耗会急剧增大。

2、负载状态:

       电机空载时,铁损占总损耗的主要部分;负载运行时,定转子磁场叠加会导致磁通密度分布略有畸变,附加损耗增大,但磁滞损耗和涡流损耗变化不大;长期过载运行会使磁通密度升高,铁损显著增加。