鐵耗

發電機鐵心和端部鐵件的損耗。由定子鐵心磁滯及渦流損耗、齒部磁通脈振損耗以及氣隙磁通脈動在轉子和定子表面產生的損耗三部分構成。

電流流過變壓器繞組時,因為繞組電阻的原因會發熱而導致損耗,而繞組電阻是銅製作的,故稱“銅耗”,也稱“銅損”。“鐵耗”則產生於變壓器的鐵芯,也稱為“鐵損”,主要分為“磁滯損耗”和“渦流損耗”兩種。

基本介紹

• 中文名：鐵耗
• 外文名：iron loss
• 學科：物理學、電磁學
• 領域：電子工業

簡介

“鐵耗”是產生於變壓器的鐵芯，也稱為“鐵損”，主要分為“磁滯損耗”和“渦流損耗”兩種。

磁滯損耗

磁滯現象是指鐵磁性物理材料（例如：鐵）在磁化和去磁過程中，鐵磁質的磁化強度不僅依賴於外磁場強度，還依賴於原先磁化強度的現象。當外加磁場施加於鐵磁質時，其原子的偶極子按照外加場自行排列。即使當外加場被撤離，部分排列仍保持：此時，該材料被磁化。 一但被磁化了，其磁性會繼續保留。要消磁的話，只要施加相反方向的磁場就可以了。這亦是硬碟的記憶運作原理。

在鐵磁質中，磁場強度（H）和磁感應強度（B）之間的關係是非線性的。如果在增強場強條件下，此二者關係將呈曲線上升到某點，到達此點後，即使場強H繼續增加，磁感應強度B也不再增加。該情況被稱為磁飽和（magnetic saturation）。

此後若減小磁化場，磁化曲線從B點開始並不沿原來的起始磁化曲線返回，這表明磁化強度M的變化滯後於H的變化。當H減小為零時，M並不為零，而等於剩餘磁化強度Mr。要使M減到零，必須加一反向磁化場，而當反向磁化場加強到-Hcm時，M才為零，Hcm稱為矯頑力。

故畫出鐵磁質在反覆磁化過程中的磁場強度（H）和磁感應強度（B）之間的關係曲線如圖1所示，該曲線被稱為磁滯回線。

可見，磁滯損耗表現為磁化過程中有一部分電磁能量不可逆轉地轉換為熱能。在準靜態反覆磁化過程中，單位體積的鐵磁體被交變磁場磁化一周所產生的磁滯損耗正比於磁滯回線所包圍的面積，即∮H dB。設交變磁場的頻率為f，則單位時間、單位體積的磁滯損耗為f·∮HdB。

在電氣設備的鐵芯損耗一般就由磁滯損耗和渦流損耗組成。為了最小化磁滯損耗的影響和減小相關的能量損失，從而採用具有低矯頑力和低遲滯損失的鐵磁性物質，例如坡莫合金（鐵鎳合金，透磁合金）。

變壓器內的磁通是在鐵芯上流動的，鐵芯對磁通具有磁阻，就像導體對電流又電阻一樣，也會產生熱量，這樣的損耗我們就第二種稱之為“磁滯損耗”。

渦流損耗

因為鐵心本身也是導體，在垂直於磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合迴路並產生電流，好象一個旋渦稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，並且使變壓器的鐵心發熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗我們稱為“渦流損耗”。我們使用的電磁爐就是利用一定頻率的磁場在鐵(鋼)質容器內形成渦流而產生的渦流損耗發熱的。

在電磁裝置中磁場感應渦流，在鐵心中也會感應渦流。在變壓器和電機中，為減少鐵耗，鐵心由矽鋼片疊壓而成；而在電磁閥中，由於結構及尺寸特點，一般則採用整體的磁心和磁軛，因此還存在集膚效應問題。

由電磁軸承支承的轉子在高速旋轉時，除由於空氣摩擦產生的損耗外，轉子內還將產生相當大的鐵損耗（渦流損耗和磁滯損耗），而且一般渦流損耗要遠大於磁滯損耗。通常採用疊片、燒結或纏繞結構的轉子來減小渦流損耗。

原理

電機內的磁通是在鐵芯上流動的，鐵芯對磁通具有磁阻，就像導體對電流有電阻一樣，也會產生熱量，這樣的損耗叫“磁滯損耗” 。因為鐵心本身也是導體，在垂直於磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合迴路並產生電流，好象一個旋渦稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，並且使電機的鐵心發熱電機的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗我們稱為“渦流損耗”。我們使用的電磁爐就是利用一定頻率的磁場在鐵（鋼）質容器內形成渦流而產生的渦流損耗發熱的。

磁滯損耗和渦流損耗都產生於電機鐵芯，故稱“鐵耗”也稱“鐵損”。

銅耗與鐵耗的區別

變壓器的損耗包括兩部分：鐵損和銅損。變壓器內的磁通是在鐵芯上流動的，鐵芯對磁通具有磁阻，就像導體對電流又電阻一樣，也會產生熱量，這樣的損耗較“磁滯損耗”

當變壓器的初級繞組通電後，線圈所產生的磁通在鐵心流動，因為鐵心本身也是導體，在垂直於磁力線的平面上就會感應電勢，這個電勢在鐵心的斷面上形成閉合迴路並產生電流，好象一個旋渦所以稱為“渦流”。這個“渦流”使變壓器的損耗增加，並且使變壓器的鐵心發熱變壓器的溫升增加。由“渦流”所產生的損耗我們稱為“鐵損”。

鐵損指變壓器在額定電壓下（二次開路），在鐵芯中消耗的功率。變壓器的鐵損還包括磁滯損失，但在變壓器的測試中，只需要知道變壓器總的鐵損，而不必分別測出磁滯損失與渦流損失。變壓器在空載情況下所取得的功率都消耗於鐵損和原繞組的銅損，而原繞組的銅損由於空載時對應的電流很小，所以與鐵損相比銅損就微不足道了，因此變壓器空載時所消耗的功率可以近似的認為是鐵損。

另外要繞制變壓器需要用大量的銅線，這些銅導線存在著電阻，電流流過時這電阻會消耗一定的功率，這部分損耗往往變成熱量而消耗，我們稱這種損耗為“銅損”。

銅損（短路損耗）是指變壓器一、二次電流流過該線圈電阻所消耗的能量之和。由於線圈多用銅導線製成，故稱銅損。它與電流的平方成正比，銘牌上所標的千瓦數，系指線圈在75℃時通過額定電流的銅損。

變壓器的溫升主要由鐵損和銅損產生的。由於變壓器存在著鐵損與銅損，所以它的輸出功率永遠小於輸入功率。

變壓器的銅損分為兩部分：原繞組的銅損和副繞組的銅損。在一個給定的變壓器中，銅損僅與變壓器的負載有關，測量變壓器銅損是通過短路實驗來測定的，在短路實驗中，將變壓器的低壓端繞組短接，而給另一個繞組加上適當小的電壓，使通過兩個繞組的電流都等於額定值，稱為短路電壓，因為短路電壓很低，此時變壓器的鐵損可以忽略不計，此時測得的功即可認為是變壓器在額定狀態下的銅損。

由此可以知道：變壓器的鐵損與變壓器的一次電壓有關，與二次負荷無關，就是說：只要變壓器一次有電壓就一定有鐵損產生。電壓一定，鐵損就是一定的。 銅損則不同，它的大小主要取決負荷電流的大小。