直流电机中的损耗

在直流电机（发电机或电动机）中，损耗可分为三类：

所有这些损耗都以热量的形式出现，从而提高了机器的温度。它们还会降低机器的效率。

铜损

在直流电机中，由于电机各种绕组的电阻引起的损耗称为铜损。铜损也称为I²R损耗，因为这些损耗是由于电流流过绕组电阻而产生的。

直流电机中产生的主要铜损如下：

$$\mathrm{\mathrm{电枢铜损}\:=\:\mathit{I_{a}^{\mathrm{2}}R_{a}}}$$

$$\mathrm{\mathrm{串励磁场铜损}\:=\:\mathit{I_{se}^{\mathrm{2}}R_{se}}}$$

$$\mathrm{\mathrm{并励磁场铜损}\:=\:\mathit{I_{sh}^{\mathrm{2}}R_{sh}}}$$

在直流电机中，由于电刷接触电阻，还存在电刷接触损耗。在实际计算中，此损耗通常包含在电枢铜损中。

铁损是由于直流电机电枢在磁场中旋转而在电枢铁芯中产生的。由于这些损耗发生在电枢铁芯中，因此也称为铁芯损耗。

铁损或铁芯损耗主要有两种类型：磁滞损耗和涡流损耗。

当电枢在不同极性磁极下经过时，由于电枢铁芯中磁场的反向而在直流电机电枢铁芯中产生的铁芯损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗由以下经验公式给出：

$$\mathrm{\mathrm{磁滞损耗,}\mathit{P_{h}}\:=\:\mathit{k_{h}B_{max}^{\mathrm{1.6}}fV}}$$

其中，$\mathit{k_{h}}$是斯坦梅茨磁滞系数，$\mathit{B_{max}}$是最大磁通密度，f是磁反向频率，V是电枢铁芯的体积。

通过使电枢铁芯采用具有较低斯坦梅茨磁滞系数的材料（如硅钢）可以减少直流电机中的磁滞损耗。

当直流电机的电枢在磁极的磁场中旋转时，在电枢铁芯中感应出电动势，并在其中产生涡流。由于这些涡流引起的功率损耗称为涡流损耗。涡流损耗由下式给出：

$$\mathrm{\mathrm{涡流损耗,}\mathit{P_{e}}\:=\:\mathit{k_{e}B_{max}^{\mathrm{2}}f^{\mathrm{2}}t^{\mathrm{2}}V}}$$

其中，$\mathit{K_{e}}$是比例常数，t是叠片的厚度。

从涡流损耗的表达式可以看出，涡流损耗取决于叠片厚度的平方。因此，为了减少这种损耗，电枢铁芯由薄叠片构成，这些叠片之间通过一层薄薄的清漆绝缘。

直流电机中由于摩擦和风阻引起的功率损耗称为机械损耗。在直流电机中，摩擦损耗以轴承摩擦、电刷摩擦等形式出现，而风阻损耗是由于旋转电枢的空气摩擦引起的。

机械损耗取决于机器的速度。但是，对于给定的速度，这些损耗实际上是恒定的。

注意- 铁损或铁芯损耗和机械损耗统称为杂散损耗。

在直流电机中，我们可以将上述讨论的损耗分为以下两类：

直流电机中在所有负载下都保持恒定的损耗称为恒定损耗。这些损耗包括：铁损、并励磁场铜损和机械损耗。

直流电机中随负载变化的损耗称为可变损耗。直流电机中的可变损耗为：电枢铜损和串励磁场铜损。

Total losses in a DC machine = Constant losses + Variable losses

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