交流铁心线圈的功率损耗你知道吗？专业电气学姐带你解读（二十六）

上次的学习内容是交流铁心线圈电路的特点，我们这次接着来学习交流铁心线圈电路的功率损耗。提到这个功率损耗，如果有谁是按顺序把我的序列学习分享都学了的，那么他肯定知道这节课讲的是什么了，甚至可以说这次的学习内容他已经完全掌握了。

关于铁心线圈，我想大家接触的比较多的应该是变压器和电机的铁心了，而铁心线圈的损耗，不用我多说，大家应该也是有了解一二的。那么，我们正式开始学习吧。

交流铁心线圈的功率损耗主要有铜损和铁损两种。在这里要提醒的一点就是，有这两种损耗的前提是加以交流电压的具有铁心的线圈，没有铁心或者不是通交流电的线圈显然是没有铁损的。

1、铜损（ΔP_Cu）

在交流铁心线圈中，线圈电阻R上的功率损耗称为铜损，用ΔP_Cu表示。所谓铜损并不仅仅表示铜线的功率消耗，这代指了所有类型线圈导线的电阻损耗，包括铜导线、铝导线等。

如上图26-1所示，在铁心线圈端口加以交流电压u（正负号仅表示该时刻的电压方向，非恒定不变），此时线圈中流过的电流为i，N匝线圈的总电阻为R，那么此时该铁心的铜损为ΔP_Cu=I²R，其中I是电流i的有效值。关于交流变量的瞬时值和有效值，在这里就不作详解。铜损会转化为热能，造成线圈与周围环境的温升。

在这里我顺便跟大家提一下，在变压器中，铜损又称短路损耗，也称负载损耗，它可以通过变压器的短路实验测得。对双绕组变压器来说，当以额定电流通过变压器的一个绕组，而另一个绕组短接时变压器所吸收的有功功率就是变压器的短路损耗；对于多绕组变压器，短路损耗是以指定的一对绕组为准的。

2、铁损（ΔP_Fe）

在交流铁心线圈中，处于交流磁通下的铁心内的功率损耗称为铁损，用ΔP_Fe表示。铁损又包括磁滞损耗和涡流损耗两种，这在我之前将磁性材料的磁特性的时候其实已将提到过了，就是不知大家还有没有印象。

在这里我再顺便跟大家提一下，在变压器中，铁损又称空载损耗，可以通过空载实验测得，即当用额定电压施加于变压器的一个绕组上，而其余的绕组均为开路时，变压器所吸收的有功功率。

（1）磁滞损耗（ΔP_h）

由磁滞所产生的能量损耗称为磁滞损耗，用ΔP_h表示。这里我带大家简单回顾一下磁滞的相关内容，这是之前学习磁性材料的磁特性时的内容，即当铁心线圈通有交变电流时，铁心将受到交变磁化，但当磁场强度H减少为零时，磁感应强度B并未回到零值，出现剩磁B_r。这种磁感应强度滞后于磁场强度变化的性质称为磁滞性。如图26-2中这种在磁场强度周期性变化时，磁性物质由于磁滞现象的闭合磁化曲线叫做磁滞回线。磁性材料在循环磁化过程中是伴随着能量的损耗的，即磁滞损耗，它是磁畴反复转向引起的能量损失。另外，可以证明，B-H磁滞回线所包围的面积正比于在一次循环磁化中的能量损耗。

磁滞损耗的大小不仅与磁滞回线的面积有关，还有磁场交变的频率有关，即单位体积内的磁滞损耗正比于磁滞回线的面积和磁场交变的频率f。磁滞损耗也会转化为热能，引起铁心的发热。

为了减少磁滞损耗，我们可以根据磁滞损耗的影响因素考虑，其中因为频率是定值，所以可以根据改变磁滞回线的面积来减少磁滞损耗，即选用磁滞回线狭小的磁性材料制作铁心。变压器和电机中使用的硅钢等材料的磁滞损耗较低。另外，在考虑到磁滞回线面积的同时，设计时亦应当选择值以减小铁心饱和度。

（2）涡流损耗（ΔP_e）

关于涡流，我们在在之前学习磁路及磁路基本定律的时候就有提到过，即交变磁通在铁心内产生感应电动势和电流，称为涡流。涡流在垂直于磁通的平面内环流，而涡流损耗是指由涡流所产生的功率损耗，用ΔP_e表示。显然涡流损耗也会转化为热能，引起铁心的发热。

如图26-3所示，铁心处于交变磁通中，根据电磁感应定律与右手螺旋定则，铁心垂直于磁通的表面会产生感应电动势，该电动势会形成一圈一圈的涡流，又由于铁心有电阻的存在，所以有能量的损失，这就是涡流损耗。

涡流损耗可以通过采用某些措施以减少，如上图26-4所示，可以通过提高铁心的电阻率来减小铁心的涡流损耗，即把铁心用彼此绝缘的钢片叠成，把涡流限制在较小的截面内。现在，变压器的铁心基本都是以叠片的形式制成，目的之一就是为了减小涡流损耗。

综上，交流铁心线圈的功率损耗包括了铜损和铁损，而铁损又包含了磁滞损耗和涡流损耗，即交流铁心线圈电路的功率损耗ΔP_损=ΔP_Cu ΔP_Fe=ΔP_Cu （ΔP_h ΔP_e）=I²R ΔP_Fe。这些功率损耗总是伴随着温度的升高，所以在铁心线圈的设计生产时，总要考虑如何减少这些能量的损失。