5.5 Потужність, втрати й ккд машин постійного струму

При роботі машин постійного струму мають місце наступні основні види втрат:

а) механічні р_м, обумовлені тертям вала в підшипниках, щіток об колектор, частин, що обертаються, об повітря; ці визначаються за емпіричними формулами або експериментально;

б) магнітні (втрати в сталі) р_с, обумовлені вихровими струмами й гістерезисом і обчислюються за емпіричними формула;

в) електричні р_е, обумовлені нагріванням обмотки якоря, додаткових полюсів, а також утратами на збудження й у щітках; ці утрати визначаються за формулою:

де R_a, I_a – повний опір ланцюга якоря та сила струму в ньому; U_з та I_з – напруга та сила струму у ланцюзі збудження; ΔU_щ та I_а – перехідне спадання напруги на щітках, яке звичайно рівне 2В;

г) додаткові р_д, які обумовлені вібрацією обертових частин, нерівномірним розподілом індукції й пульсацією струму, а також нерівномірним розподілом щільності струму в окремих елементах машини; ці утрати визначаються виразом р_д = 0,01·Р_н, де Р_н — номінальна потужність, обумовлена умовами припустимого нагрівання машини.

Таким чином, повні втрати в машині постійного струму можуть бути виражені наступною формулою:

Механічні й магнітні втрати практично не залежать від навантаження машини, тому їхню суму прийнято називати втратами не навантаженого ходу. Електричні ж утрати пропорційні квадрату сили струму якоря й викликають нагрівання машини. Оскільки нагрів можливий до визначеної температури, то електричні втрати регламентують припустиму силу струму, а отже, й номінальну потужність машини. За номінальну потужність генераторів приймається електрична потужність на затисках машини, а для електродвигунів – механічна потужність на валу, виражена в електричних одиницях виміру.

Потужність і ККД генератора. Потужність, що розвивається генератором, називається електромагнітною потужністю. Вона характеризує швидкість перетворення механічної енергії в електричну і визначається добутком сили струму якоря генератора І_а і його ЕРС Е:

(5.16)

Потужність, що віддається генератором у зовнішній ланцюг, називається корисною потужністю. Ця потужність визначається виразом:

(5.17)

де U – напруга генератора; I – сила струму у зовнішньому ланцюзі. Відношення корисної потужності генератора Р до потужності Р₁, що підводиться до генератора від первинного двигуна, називається коефіцієнтом корисної дії генератора :

(5.18)

ККД генератора – величина непостійна. Він міняється при зміні навантаження, досягаючи максимуму при навантаженнях від 75 до 100 % номінальної. ККД генераторів малої потужності досягає 75—85%, генераторів середньої потужності 85—92% і генераторів великої потужності 92—97 %.

Потужність і ККД електродвигуна. Потужність, яку споживає електродвигуном із мережі, визначається формулою:

(5.19)

де U – напруга на затисках електродвигуна; I – сила струму, яку споживає електродвигун із мережі.

Корисна потужність Р, що розвивається електродвигуном на валу, менше споживаної потужності на величину втрат в електродвигуні. Тому ККД електродвигуна, що представляє собою відношення корисної потужності до споживаного, дорівнює:

(5.20)

ККД сучасних електродвигунів постійного струму коливається від 75 до 95 % у залежності від потужності, причому зі збільшенням потужності електродвигуна ККД зростає.