直流電機中的損耗

在直流電機（發電機或電動機）中，損耗可分為三類：

所有這些損耗都以熱量的形式出現，從而提高了機器的溫度。它們還會降低機器的效率。

銅損

在直流電機中，由於電機各種繞組的電阻引起的損耗稱為銅損。銅損也稱為I²R損耗，因為這些損耗是由於電流流過繞組電阻而產生的。

直流電機中產生的主要銅損如下：

$$\mathrm{\mathrm{電樞銅損}\:=\:\mathit{I_{a}^{\mathrm{2}}R_{a}}}$$

$$\mathrm{\mathrm{串勵磁場銅損}\:=\:\mathit{I_{se}^{\mathrm{2}}R_{se}}}$$

$$\mathrm{\mathrm{並勵磁場銅損}\:=\:\mathit{I_{sh}^{\mathrm{2}}R_{sh}}}$$

在直流電機中，由於電刷接觸電阻，還存在電刷接觸損耗。在實際計算中，此損耗通常包含在電樞銅損中。

鐵損是由於直流電機電樞在磁場中旋轉而在電樞鐵芯中產生的。由於這些損耗發生在電樞鐵芯中，因此也稱為鐵芯損耗。

鐵損或鐵芯損耗主要有兩種型別：磁滯損耗和渦流損耗。

當電樞在不同極性磁極下經過時，由於電樞鐵芯中磁場的反向而在直流電機電樞鐵芯中產生的鐵芯損耗稱為磁滯損耗。磁滯損耗由以下經驗公式給出：

$$\mathrm{\mathrm{磁滯損耗,}\mathit{P_{h}}\:=\:\mathit{k_{h}B_{max}^{\mathrm{1.6}}fV}}$$

其中，$\mathit{k_{h}}$是斯坦梅茨磁滯係數，$\mathit{B_{max}}$是最大磁通密度，f是磁反向頻率，V是電樞鐵芯的體積。

透過使電樞鐵芯採用具有較低斯坦梅茨磁滯係數的材料（如矽鋼）可以減少直流電機中的磁滯損耗。

當直流電機的電樞在磁極的磁場中旋轉時，在電樞鐵芯中感應出電動勢，並在其中產生渦流。由於這些渦流引起的功率損耗稱為渦流損耗。渦流損耗由下式給出：

$$\mathrm{\mathrm{渦流損耗,}\mathit{P_{e}}\:=\:\mathit{k_{e}B_{max}^{\mathrm{2}}f^{\mathrm{2}}t^{\mathrm{2}}V}}$$

其中，$\mathit{K_{e}}$是比例常數，t是疊片的厚度。

從渦流損耗的表示式可以看出，渦流損耗取決於疊片厚度的平方。因此，為了減少這種損耗，電樞鐵芯由薄疊片構成，這些疊片之間透過一層薄薄的清漆絕緣。

直流電機中由於摩擦和風阻引起的功率損耗稱為機械損耗。在直流電機中，摩擦損耗以軸承摩擦、電刷摩擦等形式出現，而風阻損耗是由於旋轉電樞的空氣摩擦引起的。

機械損耗取決於機器的速度。但是，對於給定的速度，這些損耗實際上是恆定的。

注意- 鐵損或鐵芯損耗和機械損耗統稱為雜散損耗。

在直流電機中，我們可以將上述討論的損耗分為以下兩類：

直流電機中在所有負載下都保持恆定的損耗稱為恆定損耗。這些損耗包括：鐵損、並勵磁場銅損和機械損耗。

直流電機中隨負載變化的損耗稱為可變損耗。直流電機中的可變損耗為：電樞銅損和串勵磁場銅損。

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

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