永磁电机铁损的分类及铁损分离原理

1.铁损分类

铁损（iron loss，也称作core loss）是指像变压器、电感器、交流马达及交流发电机等有导磁体（以下简称为铁芯）的电机设备中，因导磁体受到变动磁场的影响，在铁芯中损耗的部分能量，损耗的能量会以热的方式散失，有时则是以噪音的方式散失。

铁损可分为磁滞损（Hysteresis losses）、涡流损（Eddy-current losses）及异常损（Anomalous losses）3种。

磁滞损（Hysteresis losses）：当通过铁芯的磁场改变时，铁芯材料的磁化强度会变化，因为磁畴壁的移动，造成其中微小磁畴的膨胀及收缩。不过磁畴壁在移动时，会受到晶体缺陷的影响而卡住，最后磁畴壁仍会移动，但是会发热，即为磁滞损。磁滞损可以从材料的B-H曲线中看出，B-H图为一封闭的曲线，磁场变化一个周期时，单位体积材料的磁滞损即为磁滞圈内的面积，若交流磁场大小不变，每一周期的能量损失为定值，此时磁滞损和频率成正比。

磁滞损耗

涡流损（Eddy-current losses）：若铁芯为导体，因为电磁感应，磁场的变化会感应在导体内循环的电流，称为涡电流。涡电流和磁场垂直。涡电流的能量会因为铁芯材料的电阻而发热耗散，涡流损和电流循环面积的大小成正比，和材料的电阻率。若铁芯是由薄的叠层组成，中间又有绝缘的涂层，可以减少涡流损。调整铁芯材料也可以减少涡流损，一种是使用导磁但不导电的材料，例如铁氧体，若使用加硅的电工钢（矽钢），钢的电阻率明显上升，也可以减少涡流损。

涡流损耗

异常损（Anomalous losses）：包括磁滞损及涡流损以外的损失，也可以描述成磁滞圈因为频率而加大。异常损的物理机制包括移动磁畴壁时局部的涡流损。

名词解释：磁畴是铁磁质的基本组成部分；材料内部拥有均一磁化强度的区域；铁磁质的原子磁矩主要由原子中电子自旋决定；在各磁畴中，原子磁矩的排列各有相互平行的自发倾向，磁矩方向保持一致，因此具有磁性；但是各磁畴的排列方向是混乱的，所以铁磁体在没有被磁化前不显磁性。磁矩结构与铁磁性物质（例如铁）的磁性行为有关。

显微镜下的磁畴

在其他的材料中，一般并不存在磁畴结构。在居里温度以下，磁畴是自发出现的，并不需要外部磁场的存在。不同磁畴内磁矩的方向不同，在磁畴的边界，磁矩从一个方向连续地过度到另一个方向。磁畴的典型尺寸在10的-15 m3 在外磁场的作用下，各磁畴的大小发生变化，自发磁化方向和外磁场方向相同或近似相同的磁畴扩大，方向相反或近似相反的磁畴缩小，以致外磁场方向上的总磁矩跟着外磁场的增强而增加；当外磁场增强到一定程度，所有磁畴的磁矩方向一致，这时达到磁性饱和。

2.铁损分离原理

（1）频率分离

因为磁滞损耗与频率成正比，涡流损耗与频率平方成正比，根据这个特点进行铁损的分离。即当磁通密度为B时，铁损表达式可以写为 W ironloss= a（B）×f+b（B，f）×f2

等式两侧除以频率f即可得到 W/f=a+b×f，求出a，b值就可以计算出涡流损耗和磁滞损耗了，异常损耗忽略。

（2）计算案例：1.5KW永磁同步电机计算仿真分析

选择铁损合计的计算方法

w/f=（18.81+0.053f）*E-3 例如：400HZ情况下 磁滞损耗：7.52W，涡流损耗8.59W；

通过计算软件涡流损耗：

不同频率下涡流损耗值

400HZ下磁滞损耗值

本文使用Jmag仿真，注意材料中涡流损耗设置，叠压方向电阻值取值需根据实际情况，一般＞2100Ω；文档路径没有中文字符；选择计算总铁损需材料选择有磁滞回线的材料。如果单独计算磁滞损耗，B-P曲线可以由软件计算得到磁滞回线。时间和迭代次数适当增加，以结果收敛。