电动机效率与损耗分析
电动机效率与损耗分析
电动机效率与损耗分析 Final revision on November 26, 2020异步电动机输入电功率，输出机械功率，在运行过程中产生恒定损耗和负载损耗。
恒定损耗包含风摩耗和铁心损耗，是不随负载大小变化的损耗。
负载损耗包含定子绕组损耗、转子绕组损耗和负载附加损耗(或称负载杂散损耗)，对绕线转子电机还包含电刷及转子外接电路的电损耗。
恒定损耗是电动机运行时的固有损耗，它与电动机材料、制造工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。
1、铁心损耗（含空载杂散损耗），亦简称铁耗，是恒定损耗的一种，由主磁场在电动机铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗组成。
铁心损耗大小取决于铁心材料、频率及磁通密度，近似的表示为：磁通密度B与输入电压U成正比，对某一台电动机而言，其铁耗近似于与电压的平方成正比。
铁耗一般占电动机总损耗的20%~25%。
2、风摩耗也称机械损耗（何不称为“机械损耗”），是另一种恒定损耗，通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗，对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗。
机械损耗一般占总损耗的10%~50%，电动机容量越大，由于通风损耗变大，在总损耗中所占比重也增大。
3、负载损耗主要是指电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，亦称铜耗。
它包括定子铜耗和转子铜耗，其大小取决于负载电流及绕组电阻值。
铜耗约占总损耗的20%~70%。
4、杂散损耗（附加损耗）P主要由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、铁心及其他金属部件内所引起的损耗。
这些损耗约占总损耗的10%~15%。
§1-2电动机的效率电动机的效率与损耗相对值(P)的关系如下式所示=1一ΣP式中ΣP——电机总损耗ΣP=（++++P）／PlP1——电机输入功率当一台电机效率为0.87时，由上式可见其损耗相对值为0.13，如损耗下降20％，则由上式可求得效率为0.896，即效率提高了2.6个百分点。
并由此可见，如一通用系列的效率平均值为0. 87，作为高效率电机系列，其损耗如平均下降20％以上，则系列的平均值也应提高2.6个百分点以上。
异步电动机损耗及效率
异步电动机损耗及效率电动机系统节能：是指对整个系统效率提高，它不仅提高异步电动机和被拖动的设备（如风机、水泵、空气压缩机等）单元效率最优化，而且要求系统各单元相匹配及整个系统效率的最优化。
异步电动机的损耗可分成五种（1）定子铜耗（2）转子铜耗（3）铁芯损耗（4）风摩损耗（5）杂散损耗异步电动机降低损耗提高效率的措施提高电动机效率，必然应该着眼于降低电机的5种损耗，即定子绕组损耗、转子绕组损耗、铁芯损耗、风摩损耗和杂散损耗。
1、减小定子绕组电阻，降低定子绕组损耗(1) 采用性能好的绝缘材料。
减薄槽绝缘厚度，可增大导线截面、绝缘整体性好、绝缘温降小、电机温升可降低。
(2) 改进绝缘处理工艺，提高绕组导热性能，降低绕组温升。
(3) 减小线圈端部长度，对于绕组电阻起很大作用，但是要求线圈制造、端部装配工艺和下线技术水平高。
(4) 增大定子槽尺寸，增加槽内导线数量，用铜导线代替铝导线，减少绕组电阻。
2、减小绕子绕组电阻，降低转子绕组损耗(1) 增加空气隙中的磁通。
(2) 满足性能要求前提下，增大转子槽面积和端环尺寸。
(3) 提高铸铝工艺，增大转子导条及端环的导电率。
(4) 用铸铜的转子，取代铸铝转子，转子损耗可下降38%。
3、降低铁芯损耗(1) 增大磁路截面，降低磁密。
(2) 采用高导磁，低损耗硅片，选用冷轧硅钢片，高导磁、低损耗。
(3) 减薄硅钢片厚度。
(4) 工艺上改进，如转子冲片连接冲出气隙，减少冲片毛刺及硅钢片退火处理。
4、降低风摩损耗(1) 改进风路结构，使电机绕组温升均匀。
(2) 电动机温升允许条件下，尽量减小风扇尺寸，2极电机风扇外径减少12%〜16%，风摩损耗职降低27%〜63%,噪声下降3〜10dB。
4极电机外径缩小20%,风摩损耗下降10%。
(3) 电机使用时为单向旋转，可选单向旋转风扇。
(4) 采用冷却效率高的热管结构。
(5) 选择优质轴承和润滑油脂。
(6) 提高加工精度，提高装配质量。
直流电动机的效率低的原因
直流电动机的效率低的原因
直流电动机效率低的原因可以从多个角度进行分析。
首先，直流电动机效率低的原因之一是摩擦损失和机械损耗。
在电机运转过程中，摩擦力和机械部件之间的摩擦会导致能量损失，从而降低了电动机的效率。
此外，由于电机内部存在齿轮传动等机
械结构，这些传动结构也会带来一定的机械损耗。
其次，铁心和电磁线圈的损耗也是直流电动机效率低的原因之一。
在电机工作时，铁心和电磁线圈会因为铁损和铜损而产生热量，从而导致能量损失，影响电机的效率。
此外，电机在运行过程中会产生铜损，即电流通过线圈时产生
的导体损耗，也会降低电机的效率。
另外，电机的设计和制造质量也会影响其效率。
如果电机设计
不合理或者制造过程中存在缺陷，比如线圈绕组不均匀、磁场不稳
定等问题，都会导致电机效率降低。
最后，电机的负载特性和工作环境也会对效率产生影响。
如果
电机长时间在超载或者恶劣环境下工作，比如高温、潮湿等条件下，都会导致电机效率下降。
综上所述，直流电动机效率低的原因主要包括摩擦损失和机械
损耗、铁心和电磁线圈的损耗、铜损、设计和制造质量以及负载特
性和工作环境等多个方面。
要提高直流电动机的效率，需要从这些
方面入手，改进电机的设计制造工艺，减少能量损失，并合理使用
和维护电机。
电动机经济运行分析
电动机经济运行分析电动机是一种利用电能转换成机械能的装置，广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、家庭电器等。
为了实现更高效、更节能、更可持续的运行，对电动机的经济运行进行分析是非常重要的。
本文将从电动机的效率、负载率、维护保养和优化控制等方面进行详细分析。
首先，电动机的效率是评估其经济运行的重要指标。
电动机的效率可以简单地定义为输出功率与输入功率的比值。
通常情况下，电动机的效率在80%到95%之间。
效率越高，表示电动机转换电能为机械能的能力越强，从而能够更高效地完成工作。
因此，在选择电动机时，应优先选择效率高的电动机，以提高生产效率和降低能源消耗。
其次，电动机的负载率也是评估其经济运行的重要指标之一、负载率是指电动机的实际工作负荷与额定工作负荷之比。
电动机在负荷率较低的情况下运行，会导致电动机的效率降低、电能损耗增加和寿命缩短。
因此，在使用电动机时，应尽量保持其运行在额定负载范围内，避免低负载率运行，从而提高电动机的经济运行。
第三，定期维护保养是保证电动机经济运行的重要措施之一、定期维护保养可以包括定期检查电动机的绝缘性能、润滑油的添加和更换、传动装置的调整等。
通过定期维护保养，可以及时发现电动机存在的问题和隐患，及时进行维修和更换，保证电动机的正常运行，并避免因电动机故障而导致的停机时间和生产损失。
最后，优化控制是实现电动机经济运行的关键手段之一、通过优化电动机的控制方式、控制参数和控制策略，可以使电动机在不同负载工况下运行的效率更高，能耗更低。
例如，在电动机的启动过程中，可以使用软启动器来降低启动电流，减少对电网的冲击；在电动机的运行过程中，可以根据负载工况的变化，调整电动机的供电电压和频率，保证电动机以最佳状态运行。
综上所述，电动机的经济运行分析涉及到多个方面，包括效率、负载率、维护保养和优化控制等。
只有在充分考虑这些因素的前提下，才能实现电动机的高效、节能和可持续的运行，从而提高生产效率，降低能源消耗，减少环境污染。
电机设计--损耗与效率
第五章 损耗与效率§5-1 概述一、损耗与效率的关系效率是电机的一个重要性能指标↑↑↓→↓↓∑耗材尺寸,,,:,δδB A p B A 效率高低取决→损耗大小p ∑→材料性能、绕组型式、电机结构等 高效电机就是设法降低电机的损耗、多用材料。
二、电机损耗分类铁心中的基本损耗——主要是主磁场在铁心中交变产生的磁滞、涡流损耗 表面损耗：定转子开槽而引起的气隙磁导谐波磁场在对方铁心表面产生的损耗空载铁心中附加损耗脉振损耗：定、转子开槽使对方齿中磁通因电机旋损耗 转而变化所产生的损耗 电气损耗：工作电机在绕组铜中产生的损耗，包括接触损耗负载时附加损耗：漏磁场包括谐波磁场在定、转子绕组中、铁心及结构件中引起的各种损耗机械损耗：通风损耗、轴承磨擦损耗、电刷和换向器（集电环）磨擦损耗§5-2 基本铁耗产生的原因：由主磁场在铁心内发生变化时所产生的主磁场的变化：①交变磁化性质：变压器铁心、定转子齿中发生②旋转磁化性质：定、转子铁轭中发生的一、磁滞损耗1、磁滞损耗系数：单位质量铁磁物质内由交变磁化引起的磁滞损耗h p2、磁滞损耗耗系数计算在电机铁心内磁通密度T B 6.10.1≤≤时：磁密振幅交变磁化的频率下测在周波频率取决于材料性能的常数------=B f HZ fB p h h h h )50(2σσσ(h p 与f 、B 有关，与材料有关) 任意频率下： 250B f p hh σ= 3、旋转磁化引起的磁滞损耗一般较交变磁化放大45-65%（轭磁密一般在1.0-1.5T ） 这在以后计算基本铁耗时用系数a k 考虑。
二、涡流损耗 1、产生的原因：铁心中的磁场发生变化时，在铁心中感应电势，会产生电流，这电流即涡流。
由它引起的损耗为涡流损耗。
2、涡流损耗系数计算电阻率钢片密度钢片厚度------∆∆==ρρπσσFe Fe FeFee e e d d fB p 6)(222任意频率下： 2)50(B fp e e σ= 涡流损耗系数e p 与B 、f 及材料厚度平方Fe ∆成正比。
电动机的效率、功率因数及其影响因素
精品电动机的效率、功率因数及其影响因素一、什么是电动机的功率因数？异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率（即容量等于三倍相电流与相电压的乘积）中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1 与视在功率 S 之比，用 cos ψ来表示。
cos ψ=P/S电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。
此时，功率因数很低，约为0.2 左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。
当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为 0.7-0.9 。
因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。
二、什么是电动机的输入功率和输出功率电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1 表示。
而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用 P2 表示。
在额定负载下， P2 就是额定功率 Pn。
电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜（或铝）损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。
因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。
三、什么是电动机的效率电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为η1、三相交流异步电动机的效率：η=P/ （√ 3*U*I*COSφ）其中， P—是电动机轴输出功率U—是电动机电源输入的线电压I—是电动机电源输入的线电流COSφ—是电动机的功率因数2、电动机的输出功率：指的是电动机轴输出的机械功率3、电动机的输入功率：指的是电源给电动机输入的有功功率：P=√ 3*U*I*COSφKW（）其时，这个问题有些含糊，按说电动机的输入功率应该指的是电源输入的视在功率：S== √3*U*I 这个视在功率包括有功功率(电动机的机械损耗、铜损、铁损等)、无功功率。
各类电机效率确定试验方法
在日常生活中，我们知道，由于用途和负载不同，各类电机的效率会有所区别，以便对所在的工作有更精确的运作。
但是，也正因为各电机效率五花八门，在某些特定的科研等环境下，难以确认新接入电机的效率如何。
下面就给大家讲解一下各类电机效率如何确定的试验方法。
《GB/T1032-2012三相异步电动机试验方法》中电机效率的测试方法有A 法、B法、C法、E法或E1法、F法或F1法、G法或G1法、H法，另外对于支持调速的电机，其中常用的有A法（输入-输出法）、B法（测量输入和输出功率的损耗分析法）、E法（测量输入功率的损耗分析法）。
对于支持调速的电机，像变频电机、伺服电机等，就需要用电机效率MAP图测试法。
一、三相异步电动机效率确定之A法——输入-输出法A法适用于不大于1KW的异步电动机，A法的特点是由测得的输入功率与输出功率之比就可知电机的效率。
此直观效率值与测试时的冷却介质温度值有关。
为提高测试结果的准确性和便于分析比较，需用修正到基准冷却介质温度（25度）的输出功率和输入功率，计算电机的效率。
二、三相异步电动机效率确定之B法——测量输入和输出功率的损耗分析法B法适用于不大于400KW的异步电动机，常用于高效电机测试。
由于属于低不确定度测试方法而B法准确度最高，是推荐的好方法。
B法采用的是使用转矩测量装置，根据测试结果求取负载杂散耗损耗值，测试过程经历了热（温升）试验、负载试验、空载试验。
实现B法的关键是具备符合要求的输出机械功率仪器、负载设备、及输入测量仪表。
三、三相异步电动机效率确定之C法——成对电机双电源对拖回馈试验损耗分析法有两台完全相同的成对电机可用时，可用C法确定电机的效率。
将两台电机耦合接在一起。
电气上接在两个电源上，其中一个可调（电压、频率）电源。
两个电源都必须符合国标要求，必须既能输出功率又能吸收功率。
四、三相异步电动机效率确定之E法或E1法——测量输入功率的损耗分析法测量定子输入功率，从输入功率中减去总损耗即为输出功率。
电动机的效率、功率因数及其影响因素知识分享
电动机的效率、功率因数及其影响因素一、什么是电动机的功率因数？异步电动机的功率因数是衡量在异步电动机输入的视在功率（即容量等于三倍相电流与相电压的乘积）中，真正消耗的有功功率所占比重的大小，其值为输入的有功功率P1与视在功率S之比，用cos ψ来表示。
cosψ=P/S电动机在运行中，功率因数是变化的，其变化大小与负载大小有关，电动机空载运行时，定子绕组的电流基本上是产生旋转磁场的无功电流分量，有功电流分量很小。
此时，功率因数很低，约为0.2左右，当电动机带上负载运行时，要输出机械功率，定子绕组电流中的有功电流分量增加，功率因数也随之提高。
当电动机在额定负载下运行时，功率因数达到最大值，一般约为0.7-0.9。
因此，电动机应避免空载运行，防止“大马拉小车”现象。
二、什么是电动机的输入功率和输出功率电动机从电源吸取的有功功率，称为电动机的输入功率，一般用P1表示。
而电动机转轴上输出的机械功率，称为输出功率，一般用P2表示。
在额定负载下，P2就是额定功率Pn。
电动机运行时，内部总有一定的功率损耗，这些损耗包括：绕组上的铜（或铝）损耗，铁芯上的铁损耗以及各种机械损耗等。
因此输入功率等于损耗功率与输出功率之和，也就是说，输出功率小于输入功率。
三、什么是电动机的效率电动机内部功率损耗的大小是用效率来衡量的，输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，其代表符号为η1、三相交流异步电动机的效率：η=P/（√3*U*I*COSφ）其中，P—是电动机轴输出功率U—是电动机电源输入的线电压I—是电动机电源输入的线电流COSφ—是电动机的功率因数2、电动机的输出功率：指的是电动机轴输出的机械功率3、电动机的输入功率：指的是电源给电动机输入的有功功率：P=√3*U*I*COSφ（KW）其时，这个问题有些含糊，按说电动机的输入功率应该指的是电源输入的视在功率：S==√3*U*I 这个视在功率包括有功功率(电动机的机械损耗、铜损、铁损等)、无功功率。
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对于大中型电动机而言，起停损耗需要考虑的因素还要多，比如电动机直接起动方式时，考虑到起动困难、对相邻设备可能造成影响等因素，管理人员往往会让电动机长时间的空转而减少电动机的起动次数，从而造成大量的能源浪费。另一方面，感应电动机的全压直接起动对电力系统短路容量的要求较高，为此电力系统必须提供更高的供电能力，用户也因此必须支付更多的费用。第三方面是电力系统长时间的运行在相对较低的符合率，系统供电效率较低。因此对于大中型电动机来说，起停损耗问题要从系统角度来周全考虑，通过改变起动方式来节约电力是一种选择。
对于风机泵类负载，由于轴转矩与转速的平方成正比变化，频率降低后，转速下降，转矩也下降，使定子及转子电流下降，因而电机效率有所提高,再加上轴功率有大幅度下降，电机输入功率同样大幅度下降,所以风机泵类负载采用变频调速，在低速时可获得好的节能效果。[风量减小，是否允许？]
§1-6非正弦波形电源下的异步电动机损耗
§1-7电动机起停损耗
有些负载要求断续运行，停止部分时间比运行时间长得多，采用起-运-停循环运行方式（ON-OFF）有可能比负载运行-空转-负载运行节约大量能耗（即电机空载损耗乘停运时间）。但起-运-停方式，需多次起动电机，使定子绕组频繁受到冲击力，鼠笼转子也会因发热不均匀，产生热应力，多次疲劳会使转子导条断裂。起动时电机发热增多而散热条件较稳态运行差，多次起动也会使电机过热。因此对起动次数都有规定。
§1-5电源频率变化对电机损耗的影响
目前各国对于电源频率允许偏差范围的规定是不同的。在实际正常运行中，日、美控制在±0.01周/秒，而我国许多缺电系统有时频率偏差超过±0.2周/秒。在电力系统网络化的今天，公共电源频率的稳定是有保证的。这里只需要考虑专用电源（比如变频电源）频率变化对电机损耗的影响。
大多数静止变频器的输出电压波形是非正弦的，通过傅里叶级数分析其中除基本分量外尚有大量谐波分量。这在异步电动机中产生谐波电流及谐波磁动势。与分析三相电动机磁动势空间谐波一样，可以对此分析，例如相电流中有5次时间谐波分量，则A，B及C相5次（时间）谐波磁动势分别为：
这说明5次时间谐波产生的旋转磁动势，其转速为5倍基波同步速，方向与基波旋转方向相反。同样可以证明7次谐波磁动势转速为7倍基波同步速，方向与基波旋转方向相同。
1、铁心损耗（含空载杂散损耗），亦简称铁耗，是恒定损耗的一种，由主磁场在电动机铁心中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗组成。铁心损耗大小取决于铁心材料、频率及磁通密度，近似的表示为：
磁通密度B与输入电压U成正比，对某一台电动机而言，其铁耗近似于与电压的平方成正比。铁耗一般占电动机总损耗的20%~25%。
§1-3端电压变动时电机的损耗
电机铭牌上电压值是电机设计时的依据，实际运行时电网上电压是波动的，我国规定低压系统中电压允许变化±10%，在一个工厂中电压变动往往超过这一范围，电压变动对电机各部分损耗有什么影响，电压调节在什么范围内变动能够节电，这是值得分析的问题。
国内外许多资料表明，电压低于额定值不超过10%，对一个系统，一个工厂往往是节电的。例如在保证供电电压合格范围内，降低配电压2—3%，无论对住宅、商业、工业负荷都起到节电的效果。工厂降压运行（-5%左右）同样能够节电，而升压（+5%左右）则增加电能消耗。当然降压范围不能太大，否则引起电动机过负荷能力降低及某些重载负荷过电流等问题。但-5%范围内，一般不会出现这些问题。
§1-8电动机的节能潜力
电压变化在负载不同时对电机效率影响是不同的。在重载时提高电压在一定范围(从342伏提到380伏)可以提高效率,再提(412伏)则效率反而下降。但轻载时，电压从342伏上升则效率越来越低，如何调整线路电压及个别调整电机端电压力可以达到节能的效果。
§1-4三相电压不平衡时异步电动机运行损耗分析
由于三相负载不对称，常常引起供电电压不平衡。这不平衡电压在异步电机中产生三相不平衡电流。用对称分量法可以分成正序、负序及零序电流。当定子绕组Y接时，则零序电流为零。其中正序电流产生转矩，使电机转运，负序电流产生一反转矩，使输出转矩有所减少，当电压不平衡值小于10%时，负转矩不大，一般可以不计。但对于负序磁场在转子中产生损耗以及定子电流由于不平衡而使损耗增加必须给予关注。一般电压不平衡时，其三相相位差不能保持120度，而相位变动后，产生的负序损耗及定子铜耗增加随电压不平衡度的增大而达到不允许的结果。因而保持供电电压平衡，可以节约电能。
2、风摩耗也称机械损耗（何不称为“机械损耗”？），是另一种恒定损耗，通常包括轴承摩擦损耗及通风系统损耗，对绕线式转子还存在电刷摩擦损耗。
机械损耗一般占总损耗的10%~50%，电动机容量越大，由于通风损耗变大，在总损耗中所占比重也增大。
3、负载损耗主要是指电动机运行时，定子、转子绕组通过电流而引起的损耗，亦称铜耗。它包括定子铜耗和转子铜耗，其大小取决于负载电流及绕组电阻值。铜耗约占总损耗的20%~70%。
4、杂散损耗（附加损耗）P主要由定子漏磁通和定子、转子的各种高次谐波在导线、铁心及其他金属部件内所引起的损耗。
这些损耗约占总损耗的10%~15%。
§1-2电动机的效率
电动机的效率与损耗相对值(P)的关系如下式所示
=1一ΣP
式中ΣP——电机总损耗
ΣP=（++++P）／Pl
P1——电机输入功率
当一台电机效率为0.87时，由上式可见其损耗相对值为0.13，如损耗下降20％，则由上式可求得效率为0.896，即效率提高了2.6个百分点。并由此可见，如一通用系列的效率平均值为0.87，作为高效率电机系列，其损耗如平均下降20％以上，则系列的平均值也应提高2.6个百分点以上。
第一章电动机效率与损耗分析
异步电动机输入电功率，输出机械功率，在运பைடு நூலகம்过程中产生恒定损耗和负载损耗。恒定损耗包含风摩耗和铁心损耗，是不随负载大小变化的损耗。负载损耗包含定子绕组损耗、转子绕组损耗和负载附加损耗(或称负载杂散损耗)，对绕线转子电机还包含电刷及转子外接电路的电损耗。
恒定损耗是电动机运行时的固有损耗，它与电动机材料、制造工艺、结构设计、转速等参数有关，而与负载大小无关。