伺服电机的损耗到底有哪些？能量损失在了哪里？

电机消耗电能，产生机械能。产生的机械能与消耗的电能之比，称为“效率”。想最大限度提升效率，首先要明白能量损失在了哪里。

 

铜耗

铜耗是“寄生”在电流之上的，当电流通过电机的定子和转子的时候，由于绕组电阻的存在，损耗就产生了。       

这部分能量损失就是：

电流的平方×电阻 ×时间(I²Rt)

  铜耗是电机所有损耗中最容易辨识(计算)的。它只与电流和绕线的电阻有关，当绕线里面通入电流的时候，铜耗就会产生。电流又与电机转矩有关，电机的“劲”越大，铜耗越大。

铁耗

若干条磁感线从磁铁的N极“出发”到S极“终止”，与垂直穿过截面的面积乘积，称之为磁通量(φ=BS)。单位面积的磁通量就是“磁通密度”。磁通在电机的铁芯里“流动”，会产生热量，“流动”过程产生的热量损耗，就是“磁滞损耗”，这部分损耗其实就是铁芯被电流“磁化”时吸收的能量。它的大小取决于铁芯的材料(磁阻有多少)，电流频率(转速)以及磁通密度(磁通)的大小。

电流变化形成变化的磁场，变化的磁场在铁芯内部“引发”感应电动势，电动势找到闭合的回路，产生感应电流。闭合的“路径”像一个“漩涡”，这些“漩涡”里的电流(涡流)引起铁芯内部温升增加。

由“涡流”引起的热量损耗，就是“涡流损耗”。铁芯长时间在电磁场的“辐射”下是会被磁化的，磁化是一个快速的过程，但退磁对于某些材料来说却是一个缓慢的过程。磁场变强时，“磁滞”和“涡流”兴奋，磁场变得很弱时，铁芯的“剩磁”开始起作用，这部分“剩磁”产生的磁滞损耗，就是“剩磁损耗”。剩磁损耗主要"寄生"于容易被磁化的材料(铁氧体)，电机所采用的一般是不易被磁化的铁芯材料，这部分损耗比较少。

“磁滞损耗”、“涡流损耗”和“剩磁损耗”，是铁耗的三个组成部分，电流频率够大(转速快)，磁通量够强，铁耗就会大。

机械损耗

不管电机运行在什么样的状态，机械损耗至少能够占据电机总损耗的20%。它们主要分为两大类：

第一类，风摩损耗

当电机转子转起来的时候，由于空气阻力的存在，风摩耗就出现了，转的越快就越强。风摩耗的大小取决于转子表面的粗糙程度和转速，同类的个体也有很多，比如：轴承摩擦损耗，转子引出与固定点(轴承)摩擦，电刷损耗(有刷直流电机)，转子换向器与电刷之间的摩擦等等，都与转子的结构和转速强相关。

第二类，杂散损耗

当定子绕组通入电流时会产生I²Rt的铜耗，它有可能会附带“基频杂散损耗”。  定、转子绕组间“流荡”的交流电，电流大小方向是变化的。变化的电流产生变化的磁场，当电机的转速上升，电流的频率升到一定程度，绕组导线的中心区域就会产生极大的感应电动势，由于导线中心区域有闭合回路的存在，就会导致感应电流的产生，感应电流阻碍原电流的变化，在导线截面的中心部分就会形成一个“交通堵塞”区，电流“流动”的“轨迹”就会趋向导线截面的外侧部分，就是“趋肤效应”。

带来的结果就是，导线的截面积变向的减小了，导线的阻值变向的增加了，交流电流“贯穿”绕组导线的能量(热量)损失(I²Rt)，有了额外的加成，这个“加成”就是基频杂散损耗。

还有一系列由于气隙磁场谐波引起的损耗，当气隙磁场谐波进入了铁芯形成“涡流损耗”时，当气隙磁场谐波被定、转子“切割”感应谐波电流产生“铜耗”时，当气隙磁场谐波由于磁阻变化引起“磁滞损耗”时，这一切的能量“浪费”，都叫作“高频杂散损耗”。

最大损耗是什么，与电机运行状态有关。当电机负载的时候“铜耗”大。当电机转速提上来的时候“铁耗”大。风摩耗和杂散耗比较稳定。当电机满载满速的运行，哪个损耗最大是不一定的。

  




审核编辑：刘清