电动机和控制器损耗分析

1. 电动机损耗分析

电动机的损耗主要有铁损耗PFe、机械损耗Pfw和附加损耗Pad，即

式中，CFe——铁损耗常数；

E1——定子感应电动势，V；

f1——定子频率；

f1n ——电动机额定频率；

α——指数（α=1.5～2.0）；

C fw——机械损耗常数；

s——电机实际运行时的转差率；

P2——电动机的输出功率。

对于电动机的冷却系统的设计，耗散功率应与电动机的损耗相平衡，因此电动机冷却系统的耗散功率可以用Pd2来等效。

为了降低成本、节省空间，电动机和控制器的冷却系统一般采用一体化结构，两者的连接方式可以并联也可以串联。由于电动机和控制器的能耗基本一致，一般采用串联的方式。无论是串联还是并联，冷却系统的散热量 Pd均为控制器的损耗Pd1和电动机的损耗Pd2之和，即Pd=Pd1+Pd2。

2. 电机控制器损耗分析

电机控制器采用功率模块作为电能变换器件，功率模块的损耗包括开关损耗、通态损耗、断态漏损耗和驱动损耗四个部分，对于电压型功率模块（如MOSFET、IGBT），其损耗以开关损耗和通态损耗为主；对于电流型功率模块（如 GTR、GTO），其损耗以开关损耗、通态损耗和驱动损耗为主。

（1）开关损耗Ps

负载为永磁电动机。对于电压型三相逆变电路功率模块和感性负载而言，损耗以开关损耗Ps和通态损耗P c为主。

开关损耗是功率模块在开通和关断的过程中产生的功率损耗，一般根据感性负载和阻性负载分为两类进行计算。驱动电动机为感性负载，故开关损耗为：

式中，UCE——功率模块断态集电极—发射极电压，V；

I CE(pk)——功率模块通态峰值电流，A；

t s(on)——功率模块开通时间（开通延迟时间td(on)+上升时间tr），s

t s(off)——功率模块关断时间（下降时间tf+关断延迟时间td(off)），s

fs——功率模块最大开关频率，Hz。

（2）通态损耗P

通态损耗时功率模块处于导通状态时的损耗，通常以功率模块通过占空比为δ的矩形连续电流脉冲使得平均通态损耗来等效，即

式中，UCE(sat)——功率模块饱和压降，V；

I CE——功率模块通态电流，A；

δ——开关器件导通占空比。

（3）断态漏损耗PC(off)

断态漏损耗是功率模块处于关断状态时，功率模块漏电流产生的损耗，即

式中，ICE(off)——断态时功率模块漏电流，A。

（4）驱动损耗P g

驱动损耗时功率模块在开关过程中驱动控制极（也称为门极或栅极）的功率损耗和功率模块导通过程中维持一定的驱动电流所消耗的功率，即

Pg=U GE IGE δ （4-13）

式中，UGE——功率模块门极触发电压，V；

I GE——功率模块门极电流，A。

对于电机控制器冷却系统的设计，冷却系统的耗散功率应与功率模块的损耗相平衡，电机控制采用电压型功率模块，因此冷却系统的耗散功率Pd1可以用开关损耗和通态损耗来等效，即Pd1=Ps Pc。