伺服電機(jī)的損耗到底有哪些？能量損失在了哪里？

電機(jī)消耗電能，產(chǎn)生機(jī)械能。產(chǎn)生的機(jī)械能與消耗的電能之比，稱為“效率”。想最大限度提升效率，首先要明白能量損失在了哪里。

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銅耗

銅耗是“寄生”在電流之上的，當(dāng)電流通過電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子的時(shí)候，由于繞組電阻的存在，損耗就產(chǎn)生了。? ? ? ?

這部分能量損失就是：

電流的平方×電阻 ×?xí)r間(I2Rt)

? 銅耗是電機(jī)所有損耗中最容易辨識(計(jì)算)的。它只與電流和繞線的電阻有關(guān)，當(dāng)繞線里面通入電流的時(shí)候，銅耗就會產(chǎn)生。電流又與電機(jī)轉(zhuǎn)矩有關(guān)，電機(jī)的“勁”越大，銅耗越大。

鐵耗

若干條磁感線從磁鐵的N極“出發(fā)”到S極“終止”，與垂直穿過截面的面積乘積，稱之為磁通量(φ=BS)。單位面積的磁通量就是“磁通密度”。磁通在電機(jī)的鐵芯里“流動”，會產(chǎn)生熱量，“流動”過程產(chǎn)生的熱量損耗，就是“磁滯損耗”，這部分損耗其實(shí)就是鐵芯被電流“磁化”時(shí)吸收的能量。它的大小取決于鐵芯的材料(磁阻有多少)，電流頻率(轉(zhuǎn)速)以及磁通密度(磁通)的大小。

電流變化形成變化的磁場，變化的磁場在鐵芯內(nèi)部“引發(fā)”感應(yīng)電動勢，電動勢找到閉合的回路，產(chǎn)生感應(yīng)電流。閉合的“路徑”像一個(gè)“漩渦”，這些“漩渦”里的電流(渦流)引起鐵芯內(nèi)部溫升增加。

由“渦流”引起的熱量損耗，就是“渦流損耗”。鐵芯長時(shí)間在電磁場的“輻射”下是會被磁化的，磁化是一個(gè)快速的過程，但退磁對于某些材料來說卻是一個(gè)緩慢的過程。磁場變強(qiáng)時(shí)，“磁滯”和“渦流”興奮，磁場變得很弱時(shí)，鐵芯的“剩磁”開始起作用，這部分“剩磁”產(chǎn)生的磁滯損耗，就是“剩磁損耗”。剩磁損耗主要"寄生"于容易被磁化的材料(鐵氧體)，電機(jī)所采用的一般是不易被磁化的鐵芯材料，這部分損耗比較少。

“磁滯損耗”、“渦流損耗”和“剩磁損耗”，是鐵耗的三個(gè)組成部分，電流頻率夠大(轉(zhuǎn)速快)，磁通量夠強(qiáng)，鐵耗就會大。

機(jī)械損耗

不管電機(jī)運(yùn)行在什么樣的狀態(tài)，機(jī)械損耗至少能夠占據(jù)電機(jī)總損耗的20%。它們主要分為兩大類：

第一類，風(fēng)摩損耗

當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)起來的時(shí)候，由于空氣阻力的存在，風(fēng)摩耗就出現(xiàn)了，轉(zhuǎn)的越快就越強(qiáng)。風(fēng)摩耗的大小取決于轉(zhuǎn)子表面的粗糙程度和轉(zhuǎn)速，同類的個(gè)體也有很多，比如：軸承摩擦損耗，轉(zhuǎn)子引出與固定點(diǎn)(軸承)摩擦，電刷損耗(有刷直流電機(jī))，轉(zhuǎn)子換向器與電刷之間的摩擦等等，都與轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)速強(qiáng)相關(guān)。

第二類，雜散損耗

當(dāng)定子繞組通入電流時(shí)會產(chǎn)生I2Rt的銅耗，它有可能會附帶“基頻雜散損耗”。? 定、轉(zhuǎn)子繞組間“流蕩”的交流電，電流大小方向是變化的。變化的電流產(chǎn)生變化的磁場，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速上升，電流的頻率升到一定程度，繞組導(dǎo)線的中心區(qū)域就會產(chǎn)生極大的感應(yīng)電動勢，由于導(dǎo)線中心區(qū)域有閉合回路的存在，就會導(dǎo)致感應(yīng)電流的產(chǎn)生，感應(yīng)電流阻礙原電流的變化，在導(dǎo)線截面的中心部分就會形成一個(gè)“交通堵塞”區(qū)，電流“流動”的“軌跡”就會趨向?qū)Ь€截面的外側(cè)部分，就是“趨膚效應(yīng)”。

帶來的結(jié)果就是，導(dǎo)線的截面積變向的減小了，導(dǎo)線的阻值變向的增加了，交流電流“貫穿”繞組導(dǎo)線的能量(熱量)損失(I2Rt)，有了額外的加成，這個(gè)“加成”就是基頻雜散損耗。

還有一系列由于氣隙磁場諧波引起的損耗，當(dāng)氣隙磁場諧波進(jìn)入了鐵芯形成“渦流損耗”時(shí)，當(dāng)氣隙磁場諧波被定、轉(zhuǎn)子“切割”感應(yīng)諧波電流產(chǎn)生“銅耗”時(shí)，當(dāng)氣隙磁場諧波由于磁阻變化引起“磁滯損耗”時(shí)，這一切的能量“浪費(fèi)”，都叫作“高頻雜散損耗”。

最大損耗是什么，與電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)電機(jī)負(fù)載的時(shí)候“銅耗”大。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提上來的時(shí)候“鐵耗”大。風(fēng)摩耗和雜散耗比較穩(wěn)定。當(dāng)電機(jī)滿載滿速的運(yùn)行，哪個(gè)損耗最大是不一定的。

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審核編輯：劉清