8. Потери и кпд машины постоянного тока

Потери машины постоянного тока рассмотрим на примере двигателя.

При подаче напряжения на двигатель по обмотке якоря и обмотке возбуждения начинает протекать ток. Из сети двигатель потребляет мощность Р₁=UI. В обмотках и щетках возникают электрические потери .

(2.54)

где — сопротивления соответственно обмоток параллельного возбуждения, якорной и последовательного возбуждения;

— падение напряжения на щётке;

— ток параллельной ветви, который идёт по щётке;

— количество щёток.

Электрические потери зависят от нагрузки машины, поэтому эти потери называются переменными.

Электрический ток, протекая по обмоткам возбуждения, наводит магнитный поток, который проходит по магнитным цепям машины и создает в них магнитные потери . Они состоят из потерь на вихревые токи и перемагничивание. Перемагничиванию в машине постоянного тока подвергается якорь и полюсные наконечники. Магнитные потери зависят от магнитной индукции, марки и толщины листов стали из которой набран сердечник якоря и частоты перемагничивания.

При взаимодействии магнитного поля с током якоря, якорь начинает вращаться. Возникают механические потери . Они обусловлены трением в подшипниках, щёток о коллектор и вентилятора о воздух.

Также в машине имеют место добавочные потери . Они складываются из потерь в уравнительных соединениях, потерь в стали из-за неравномерной магнитной индукции под полюсом, потерь от пульсации магнитного потока в полюсных наконечниках и т.д

Механические и магнитные не зависят от нагрузки. Их называют постоянными.

Коэффициент полезного действия (КПД) — это отношение полезной мощности к подводимой .

Учитывая, что

можно записать:

Для машин мощностью до 100 кВт номинальный КПД равен 0,75-0,9. Максимальный КПД имеет место при нагрузке 70-80% номинальной.

9. Причины искрения под щетками машины постоянного тока

С точки зрения надежности наиболее слабым элементом в машинах постоянного тока является скользящий контакт щеток по коллектору. При коммутации между щетками и коллектором может наблюдаться искрение. Сильное искрение вызывает повреждения поверхности коллектора и щеток.

Причины искрения разделяют на механические, потенциальные и электромагнитные.

Механические причины вызваны неполным прилеганием щеток к коллектору. Они вызваны некачественным изготовлением коллектора и щеточного узла: неровная или загрязненная поверхность коллектора, его эллиптичность, биение, слабое давление щеток на коллектор и т.д.

Потенциальные причины искрения связаны с напряжением между коллекторными пластинами. Если оно превышает допустимое значение, появляются искры между смежными пластинами. При этом сгорает угольная пыль в изоляционных промежутках между пластинами. В машинах большой мощности искры могут перейти в электрическую дугу, которая перекрывает большую часть коллектора (круговой огонь на коллекторе). При этом машина выходит из строя.

Электромагнитные причины связаны с протеканием электромагнитных процессов в коммутируемых секциях. Они являются основными.

Как правило, искрение щеток — это результат совместного действия многих причин. Качество коммутации оценивается степенью искрения под сбегающим краем щетки, из-под которого выходят пластины коллектора при его вращении.

Таблица 2.1. Степень и характеристика искрения под щетками и состояние щеток и коллектора согласно ГОСТ 183-74

Степень искрения	Характеристика степени искрения	Состояние коллектора и щеток
1	Отсутствие искрения	Отсутствие почернения на коллекторе и нагара на щетках
11/4	Слабое точечное искрение под небольшой частью щетки
11/2	Слабое искрение под всем краем щетки.	Появление следов нагара на щетках, а также следов почернения на коллекторе, легко устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином
2	Искрение под всем краем щетки.	Появление следов нагара на щетках, а также следов почернения на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином
3	Значительное искрение под всем краем щетки с крупными вылетающими искрами.	Значительное почернение на коллекторе, не устраняемых протиранием поверхности коллектора бензином, а также подгар и разрушение щеток