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永磁电机能量损失有哪些,如何利用这些损失重构电机模型?

放大字体  缩小字体 发布日期:2020-05-04 浏览次数:49

电机为电能与动能间的转换机构,永磁电机实际能量转换如下:输入电能流经电机导电线圈,由电磁效应转换为磁能,利用导磁材料传输,与电机內部永久磁铁交互作用,运用磁性力同极相斥异极相吸特性,于电机转子上形成相对运动,产生机械动能输出。由此可知,永磁电机系统具有电气、磁场及机械三种能量形态,为了将永磁电机实际损失纳入系统中,重新定义永磁电机数学模型,需先针对永磁电机各种损失情况进行解析。

由热力学第二定律可知能量在传输与转换过程中,一定会有损失产生,能量无法百分之百传输,永磁电机可分为电能损失、磁能损失及机械损失三大类別。再将其细部划分后,可整理为以下损失:电压降损、铜损、磁滯损、涡流损、摩擦损、黏滯损及风损。

电压降损

电压降损属于电气损失的一种,系电机电源连接线及换相器所造成的,电机需经过电源连接线及换相器传输电能至电机线圈,电机线圈具有电阻值,而电源连接线及换相器亦存在电阻值;由电路学可知,两电阻串联会产生分压效果,导致电机线圈受到电压降影响,即电机线圈实际跨压低于输入电压值。

铜损

铜损亦为电气损失的一种,系指电流通过导电材质时,因材质阻抗所引起之电能传输损失,于电路学中称为导通损失;其来源为电机线圈电阻,线圈实体如下边所示。电机线圈一般采用具有较低阻抗值的铜作为导电材料,故电机导通损失皆直接称为铜损。

铁损

铁材为最熟知的导磁材料,常称电机导磁材料为铁心,实际应用上,大多选用具有高饱和磁通密度及低损失的矽钢片作为电机导磁材料,矽钢片实体如下边所示。导磁材料所产生之损失统称为铁损,包括磁滯损及涡流损两种,皆为磁能于导磁材料內传输及转换时所造成之损失。

磁滯损

任何能量于传输及转变过程中,一定会有损失,磁能亦不例外,磁滯损系导磁材料原子结构受到外部磁场变化时,重新排列为磁性方向所需耗损能量。

涡流损

涡流损亦为导磁材料所产生之损失,属于磁能损的一种;系因电机旋转换相时,瞬间磁场变动,于导磁材料內产生感应电流流动,而造成损失。

摩擦损

摩擦损为机械损失的一种,当物体于行进间,与其它事物接触面上会产生一方向相反的力,对移动方向之力进行抵抗,即为摩擦损失。摩擦损又可细分为静摩擦损及动摩擦损两种;静摩擦损系描述物体刚开始移动时,需先施较大的力,克服接触面之静摩擦力,方可开始移动;当物体持续行进后,接触面上依然存在一大小固定的摩擦力,即为动摩擦力。

理论上,摩擦力会受到速度参数影响,但影响速度范围非常小,仅在开始移动瞬间內有显著差异,待测电机系快速运转至高速区段,此时仅受动摩擦力影响,故于电机损失分析中,可将摩擦力视为与速度无关之固定损失。

黏滯损

黏滯损亦为机械损的一种,当物体在移动时,与流体接触面上会具有黏滯力,电机为转子受到空气流体作用,以及轴承潤滑油所造成之黏滯阻力,其特點系黏滯力大小与速度成正比。

风损

风损为物体移动方向所受到的正向流体阻力,于电机中系受到转动所引起之空气流动,因结构空间限制所产生之流场压力差,进而衍生出來的空气阻力,故称之为风损,与速度呈現二次方曲线关系。

结论

以能量型式解析永磁电机特性参数,并导入电机实际损失,重新架构永磁电机系统模型如下。

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