电机作为一种重要的机电产品,其用电量占全国总量的60%,随着电动汽车、电动飞机等产业的发展,电机正在逐渐替代传统的机械传动,其体量的增长使得电机的效率优化显得愈发重要。随着电机高效化、高集成度的发展,关于电机损耗,尤其是考虑到非正弦、直流偏置等复杂工况下的铁芯损耗的机理分析、计算模型与试验研究,对于电机的效率优化具有重要意义。由于电机铁芯所用的电工钢材料的磁化过程复杂,其磁化特性具有非线性,关于铁磁材料的损耗计算尚无统一准确的理论计算模型。本文从物理层面出发分析铁芯损耗的构成与产生机理,通过试验手段测量材料的损耗特性,并利用唯象理论形成铁芯损耗的计算方法。由于电机存在结构复杂,齿槽谐波,直流励磁,永磁体等特性,电机应用中的铁芯材料具有非正弦与直流偏置的复杂激励条件。为了考虑非正弦激励磁场饱和时材料磁化特性非线性对铁芯损耗的影响,本文提出了一种时域的分析方法,采用多项式分段拟合正弦激励下测试得到的磁滞回线簇,从全局分析非线性磁感应强度各次谐波在每一时刻的变化率对磁化状态的影响,并据此计算非正弦铁芯损耗。基于唯象理论与试验数据分析了直流偏置对Steinmetz公式各个参数的影响,并针对电机应用场合的大直流偏置高磁场饱和特性,对SPG(Steinmetz Premagnetization Graph)方法进行了改进并给出了参数修正图与公式。本文设计搭建了材料测试平台,并对非正弦、直流偏置激励下的铁芯损耗计算模型在50WW470和50WW800材料中进行了试验验证,其中非正弦模型进行了单次谐波注入、方波激励和两组谐波注入的验证;直流偏置模型在不同频率、不同交流磁感应强度和不同偏流偏置水平下进行了验证:两个模型的试验误差都不超过10%。为了验证材料铁芯损耗计算模型的准确性及其在电机中的适用性,本文基于一台符合国标的8kW绕线式同步发电机进行改造设计,实现了激励电压频率、谐波含量、直流偏置量可调的电机损耗测试,采用本文提出的损耗模型的误差不超过12%,优于仿真软件的经验公式法。本文从微观层面分析了铁磁材料的磁化过程与损耗形成机理,利用唯象理论建立非正弦与直流偏置两种激励条件下的铁芯损耗计算模型,并通过电机损耗试验验证损耗计算模型的准确性。