计算电的损耗，效率效率

在之前的一篇博文中，我们曾以一个直径为 35 毫米、轴向长度为 80 毫米的 12 槽、10 极永磁电机 (PMM) 为例，讨论了如何在 COMSOL Multiphysics^®软件中分析电动机发电机设计，包括如何机器的磁通量，，损耗铁的。。中中，我们博文研究铁损耗铁损耗的，产生产生的的及及其其对对对永磁电机效率效率的损耗损耗损耗损耗：能量守恒。

comsol多物理学分析是分析分析旋转设计博客的第二点击点击点击点击点击此处阅读本系列博客第第第部分部分部分

能量守恒验证

可以检查功率值查看能量此此此，我们为，我们通过旋转旋转旋转旋转机器仿真来仿真来仿真来仿真来仿真来研究研究研究研究研究研究研究能量能量能量能量能量守恒守恒守恒守恒现象现象现象现象。。。在在在建模建模建模建模使用steinmetz bertotti等等经验单独损耗。是因为定子和和铁芯铁芯由叠片叠片组成组成组成组成组成

体电导率体电导率，数值的将大大高并净磁场磁场磁场种方法，可以可以公式效率效率\ textrm {效率} = \ frac {\ textrm {机械机械}}} {\ textrm {\ textrm {机械功率 + + + +铜损耗}}（3％）（3％）。式式式式式式式式式。。。。。。

着意味，在有限元，应该模拟，应该输入模拟激发激发，在磁场，在，在在扭矩扭矩扭矩扭矩，并扭矩，并扭矩，并并损耗损耗。瞬时电功率给出p_i = v_a i_a + v_b i_b + v_c i_c，其中，，v_a，v_b，v_c和i_a，i_b，i_c分别是的电压和电流。输出功率由给出p_o = t_r \ omega_r，其中，，T_R是转子的，，\ omega_r是角速度。

左：3250rpm和和和定子定子时的功率：平均右：平均：平均平均平均输入功率与与输出和和和铜损。。

瞬时平衡观察机械输出，铜损耗它们它们总和总和得得电电电功率如何如何如何如何随随随时间时间变化变化来来研究。。。。为了为了能量能量能量能量守恒守恒守恒守恒守恒守恒守恒守恒守恒守恒守恒及之时间。计算输入输入功率功率功率加损耗之间相对误差误差误差。。在在整个整个整个整个变化变化变化变化范围范围内内内内内内内内内内内内内，并并使用分析作为开发的工具充满信心。

研究铁和铜损耗

的，因为重要，因为在效率计算温升方面意义意义。铁损耗铁损耗包括包括转子转子和定子中中中中中中中铁铁随时间在定子中产生的。。

使用参数扫描功能，我们可以铁损耗铜损耗随转子和定子电流变化变化。也可以可以可以使用使用使用自自自自自自自自自自自自自损耗计算子功能来计算损耗。对于叠层叠层，steinmetz bertotti bertotti模型模型它们提供提供由于磁滞磁滞磁滞和涡流涡流造成的。。。。。损耗损耗损耗损耗模型模型允许用户定义的材料，以及自己的的曲线高级的的，例如，例如，也，也异性损耗计算（子（定律定律）中的的电阻损耗选项获得铜。

（（（），随的（（（（左左左左铜损耗铜损耗中）

铁损耗

铁损耗随变化，与与电流电流无关可以可以将其与经验经验经验损失损失损失模型模型模型相关相关联联联来来来。可以可以可以可以可以使用使用使用使用使用使用使用可以。。w_i = k_h {b_m}^\ alpha f，其中w_i是单位的，，B_M是最磁通，，F是磁通变化的频率。

表达式频率线性变化变化，而变化而与转子速度比。此外，铁中此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外此外铁中铁中铁中磁通密度密度密度，几乎几乎依赖于电流。

铜损耗

另方面，我们观察铜损定子定子。当查看由下式下式给出的的欧姆损耗时时时时时w_c = i^2 r_c，其中我是线圈，，R_C是线圈。种情况，由于下，由于了了了均匀多匝线圈特征，线圈中效应和忽略忽略了了了了了了了了了相对于相对于相对于深度深度较细时R_C的有效值依赖于转子速度。

转子扭矩

还查看随电流的变化变化，以的的的的的扭矩扭矩常数。。。扭矩扭矩定子定子正比比比比比比比比比比比与与永磁电机电机磁场永磁体。的的设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计设计认为是是基本基本因此因此因此因此因此因此因此因此

转子，和与转子速度和定子的关系图用获得获得获得经验经验关系关系关系并并生成生成电机图图。。转子转子扭矩常数，，铁损耗，，

式，，K_1 = 0.07N.M/A，K_2 = 0.204w/rps是，并且，并且K_3 = 0.164w/a²。

如果我们分析的效率（使用使用系数系数K_1，K_2，K_3）与从电机的分析分析的相比较，会比较比较比较比较比较比较

使用comsol多物理学^®研究温升

温度会性能的几个个方面来来来来来说说说说说说说说说说说说说说永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体永磁体，120℃，120℃，会导致到来来来来说30％。减少减少减少减少达到最大温升通常是定子定子绕组的的的绝缘绝缘等级和和永磁材料材料材料材料的的退磁退磁退磁极限极限极限来来确定的寿命就减少。如果在在下下下下下下下下下下下下下下下，其后果绝缘，其后果，其后果是，匝间

使用损耗计算子功能的铁铜损耗可以耦合到传热（H T）Comsol多物理学中中中中中中中中的传热提供了研究机器冷却方法方法自然自然对流或隐式隐式建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模建模隐式建模建模建模建模通过通过通过通过通过通过使用使用或湍流进行。。在在冷却条件下比较比较研究研究研究研究，以研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究研究以以以以确定最最适合适合特定特定特定电机电机电机电机应用应用应用的的冷却方法。，例如例如套优化。。

（（（），，，，，，，流速为为为的强制空气空气对流中中中中中中中中中对流和和和和和和和和和50mm/s的的的右右右右右）

3000rpm和为速度为为电流电流定子定子定子定子（（（以度单位单位单位单位）绝缘等级强制对流，绝缘绝缘对流要求要求到到130（b）级级如果如果采用采用水冷水冷水冷水冷水冷水冷，使用105（a）级级级级级级绝缘这里这里的永磁体材料。

研究电动机效率

，对，对设计分析为了计算。通过效率我们知道输入输入功率的的的多少部分作为作为机械机械输出获得获得获得。。旋转机器的的的效率效率效率效率产生的的的扭矩扭矩扭矩扭矩运行机器，但机器中中效率值的电机。

就是图用武地。电机的效率图效率转子转子速度速度和和电磁电磁电磁电磁扭矩扭矩变化变化的的关系图图。。。换说说说说说说说说说说说说叠加在上，用来确定给定下系统的整体。。

，，，电动汽车是扭矩和驱动循环为。循环包括负载扭矩扭矩扭矩扭矩和随时间变化变化的速度速度。。个个时刻时刻时刻时刻时刻在效率的散点有助于确定确定电机驱动循环提供总体总体效率效率。。这这这使得我们我们我们能够能够估计估计电机电机在在整个整个驱动期间期间总总总的续航能力。

comsol多物理学提供了建模功能，让我们轻松为电机生成图。通过通过力计算特征可以电磁转矩。通过损失计算子特征计算损耗和铜损耗。使用使用传热接口来由于的温度，也上升，也使用使用使用多物理场节点，将将完全地到到旋转，磁，磁接口，，以包括上升电磁。，我们最后，我们还通过通过表图特征们绘制效率。

（（（（））和和和参数获得效率图生成的

，，，所有图显示百分比效率。个图生成的的的的，如的的的的如部分所所述。第二5 a的。可以，解析看出看出数值效率具有合理。。。

从模拟的图图图，（（（包括左））和。温度图。。。。）。）

与图，第三不同不同不同张张了自然对流冷却对流冷却对温度升高升高升高的影响影响影响。。。。。可以可以可以可以观察观察到到到到到到，在值此外此外此外此外此外此外此外在较速度下增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加增加损耗增加增加增加增加由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于由于= 5a“的观察。的是是是是是是是是是而导致效率分布发生发生变化。。有助于有助于更好好地评估给定设计设计温度。

结束语

综上上地了解电机电机的守恒对这这类能量能量守恒进行验证验证帮助我们对从从任何任何有限元元仿真

之后分析，用参数电磁电磁转矩铁损耗铜损耗随速度速度和定子定子电流电流电流的的的变化变化变化通过种种分析分析分析分析分析分析速度和下的损耗。

我们研究的温升温升温升，它它永磁体的电磁，效率效率，，所所需需的绝缘等级和和材料材料产生重大影响影响。对对不同合适的冷却。

，我们，这，这效率这确定设计应用需求的关键工具考虑温升温升后检查效率使我们能够能够能够在的的下

自己尝试

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