30) Кпд и энергетическая диаграмма. Генератор постоянного тока.

Коэффициент полезного действия — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии. Определяется отношением полезно использованной энергии к суммарному количеству энергии; η = Wпол/Wcyм. КПД является безразмерной величиной и часто измеряется в процентах. Математически определение КПД может быть записано в виде:

 

x 100 %,

где А — полезная работа, а Q — затраченная энергия.

В силу закона сохранения энергии КПД всегда меньше единицы или равен ей.

КПД теплово́го дви́гателя —

где   — нагреватель,   — холодильник. Наибольшим КПД среди циклических машин обладают тепловые двигатели, работающие по циклу Карно;

"Энергетическая" диаграмма.

Все преобразования энергии и потери, которые происходят в асинхронном двигателе, можно иллюстрировать при посредстве так называемой  "энергетической" диаграммы.

На Рис. 88 показана такая диаграмма в форме "потока энергии", который течет слева направо. Притекающая к статору асинхронного двигателя из сети электрическая энергия Р₁ изображена на Рис. 88 в виде потока наибольшей ширины. По мере течения направо главное "русло" этого потока делается все уже и уже.

"Рукав" потока V_Fe изображает потери железа в двигателе.

Рукав потока V₁ = m₁I²₁r₁ изображает потери меди в статоре.

Потери меди в роторе m₂I²₂r₂ изображены рукавом потока V₂ и, наконец, рукав потока Vρ изображает механические потери.

Таким образом притекающая к статору мощность Р₁ оказывается больше тормозной мощности двигателя Р₂ на величину суммарных потерь.

рис 88.

Генератор постоянного тока - преобразует механическую энергию в электрическую. В зависимости от способов соединения обмоток возбуждения с якорем генераторы подразделяются на:

3. Генераторы независимого возбуждения;

4. Генераторы с самовозбуждением;

• генераторы параллельного возбуждения;

• генераторы последовательного возбуждения;

• генераторы смешанного возбуждения;

3. Генераторы малой мощности иногда выполняются с постоянными магнитами. Свойства таких генераторов близки к свойствам генераторов с независимым возбуждением.

Генераторы независимого возбуждения

В генераторе с независимым возбуждением ток возбуждения   не зависит от тока якоря  , который равен току нагрузки  . Обычно ток возбуждения невелик и составляет 1…3 % от номинального тока якоря.

Основными характеристиками генератора являются характеристики: холостого хода, внешняя, регулировочная и нагрузочная.

Характеристика холостого хода   при   и  . Расхождение входящей и нисходящей ветвей характеристики объясняется наличием гистерезиса в магнитопроводе машины.   составляет 2…4 % от  .

Внешней характеристикой называется зависимость   при   и  . Под нагрузкой напряжение генератора

Генераторы параллельного возбуждения

В генераторе с параллельным возбуждением обмотка возбуждения присоединена через регулировочный реостат параллельно обмотке якоря. Для нормальной работы приемников электроэнергии необходимо поддерживать постоянство напряжения на их зажимах, несмотря на изменение общей нагрузки генератора.

Самовозбуждение генератора возможно только при наличии гистерезиса в магнитной цепи. При вращении якоря в его обмотке потоком остаточного магнетизма индуктируется ЭДС, и по обмотке возбуждения начинает протекать ток.

Для режима холостого хода генератора:

где   – суммарная индуктивность обмоток возбуждения и якоря.

Генераторы смешанного возбуждения

В генераторе со смешанным возбуждением имеются две обмотки возбуждения: основная (параллельная) и вспомогательная (последовательная). Наличие двух обмоток при их согласном включении позволяет получать приблизительно постоянное напряжение генератора при изменении нагрузки. Подбирая число витков последовательной обмотки так, чтобы при номинальной нагрузке создаваемое ею напряжение   компенсировало суммарное падение напряжения   при работе машины с одной только параллельной обмоткой.