电机小课堂：热影响（二）

本篇文章主要探讨电机在自行过热到烧毁的背后原因。

在我们的上一篇文章中，我们已经发现，电机在不同的温度下表现各异，尤其是永磁电机的变化最为显著。这主要的原因可以从扭矩公式中找到答案。当磁铁因温度上升而磁力下降时，扭矩公式中的磁力(B)值便会降低，从而直接导致输出扭矩(T)值的减少。这也带来了一个值得探讨的问题：供应商提供的电机特性曲线，究竟是在什么温度下测量的结果？电机在长时间运行后，温度升高，其输出特性是否仍然满足需求？

图（1）

关于扭矩公式，实际上，电机的特性曲线大都是在室温下进行测量的，而不是在长时间运行后的电机温升特性。因此，当我们查询资料后发现，这个电机的最大扭矩值为10Nm，这只是电机刚开始运行后的最大值。当运行一段时间后，电机内部温度持续上升，输出扭矩也会随之下降，具体的下降程度则取决于磁铁的温度敏感度。

由于永磁电机对温度的反应过于敏感，因此，笔者早年便建议磁铁制造商改变研发方向，而不是单纯提升磁铁的最大磁力，更重要的是提高磁铁的耐热能力和降低温度敏感度，这样更适合电机的使用场景。因此，近年来已经有了耐高温的强磁配方产出，通常会在磁铁型号后面加上一个H，表示适用于高温环境。采用这种耐高温磁铁，就不会出现因为温度上升而导致的大幅度扭矩下降的情况。

除了永磁电机之外，其他的电机是否也会受到温度的影响呢？答案是肯定的。除了我们在之前的文章中提到的，因为温度升高导致漆包线电阻值上升，进而增加铜损耗，降低电机效率之外，实际上也会导致扭矩的下降。主要的原因在于，电机的工作电压在固定的情况下，电阻却因为温度升高而增加，这就会导致输入电流(i)值被限制，从而减少。一旦电机的电流(I)值被限制或者减少，就会直接影响到输出扭矩的最大值或随之减小，就像图（1）的扭矩方程式所示的那样。

电阻效应详解

正如我们在上文中所述，由于铜材的温度敏感度并不高，其产生的影响相对有限。因此，传统电机工厂提供的电机特性曲线基于室温测量，即使在升温后使用，也不会有显著的差异。在常见的应用中，当电机温升导致扭矩减弱时，我们通常会任其自然衰减。例如，家中的电风扇刚开启时的转速可能有1400RPM，使用半小时后，转速可能降至1300RPM，虽然减少了100RPM，但这对我们而言并无大碍。

然而，在工业应用中，热量是一个可怕的恶性循环，最终可能导致电机烧毁。主要的问题在于，当扭矩T需要持续保持固定值时，无论是磁铁或漆包线圈电阻引起的额外下降，都需要通过增加电流来补偿。然而，新增的电流会产生新的铜损值，且电流是平方倍的关系，如下图中上方的铜损方程式所示。新增的铜损将导致电机温度再次升高，效率进一步降低，扭矩再次下降。此时，我们需要再次增加电流来补偿降低的扭矩值，如此重复，最终可能导致温度过高，电机燃烧。

电机过热破坏循环

从以上我们可以了解，电机中的热量实际上是一个令人头疼的问题。因此，电机行业内有句谚语说，"做电机一生，都在解决噪音和热量问题"。要实际解决电机的热量问题，有两个方向，一是让电机不发热，这目前主要是学术界的研究课题，被称为超导电机，其核心概念是将电阻降至零。另一个方向是提高散热能力，这是工业界的主要处理方向，因此，我们会看到电机会安装风扇进行空冷，甚至在电动车中，会引入水冷系统。关键要点总结：

电机的过热是非常严重的问题，不仅直接影响电机的使用效率（热损耗），还将影响电机的使用寿命，因此我们必须时刻警惕。