7.2.2. Електрорушійна сила якоря, електромагнітний момент і потужність машини

Якщо загальне число провідників якоря N, а число паралельних віток 2а, то е.р.с. якоря

де В_ср = Ф/tl — середнє значення магнітної індукції у повітряному зазорі, N/2a — число провідників однієї паралельної вітки якоря; Ф — магнітний потік одного полюса; t = πD/2p — полюсний поділ; D — діаметр якоря, 2р — число полюсів; l — активна довжина одного провідника; v = Dw/2 — лінійна швидкість руху провідника; w — кутова швидкість обертання. Після нескладних підстановок матимемо

де с = pN/2πa.

Таким чином, е.р.с. якоря пропорційна магнітному потоку і швидкості обертання якоря.

Якщо частота обертання якоря п задана в об/хв, то

де С₁ = pN/60a.

На кожний провідник зі струмом у магнітному полі діє електромагнітна сила

де І_а = I_я/2 — струм паралельної вітки обмотки.

Сили, що діють на всі провідники обмотки, спрямовані по дотичній до кола якоря й утворюють електромагнітний момент

Отже, електромагнітний момент машини постійного струму пропорційний струму якоря і магнітному потоку машини. Цей момент є обертовим під час роботи машини в режимі двигуна і гальмівним — у режимі генератора.

Механічна потужність, яка перетворюється в електричну,

Оскільки з (7.10)

то

Це — закон перетворення механічної енергії в електричну, і навпаки, електричної в механічну (без урахування теплових втрат).

7.2.3. Втрати і коефіцієнт корисної дії

Перетворення механічної енергії в електричну і навпаки відбуваються з певними втратами енергії. Ці втрати поділяються на електричні, магнітні, механічні й додаткові. До електричних втрат належать втрати в обмотках якоря і збудження, а також втрати на тертя щіток об колектор.Bтрати в обмотці якоря і в послідовній обмотці збудження пропорційні квадратові струму І²R (R — опір кола якоря машини). Втрати енергії в обмотці збудження електричних машин із незалежним, паралельним і змішаним збудженням прийнято визначати через потужність, яку поглинає відповідна обмотка, тобто P₃ = U₃ I. Вони становлять 0,5--7 % від номінальної потужності машини, причому менший відсоток втрат належить до потужніших машин.

Магнітні втрати в сталі якоря Р_c, які зумовлені пульсаціями магнітного потоку, становлять менше 1--3 % від номінальної потужності машини.

Механічні втрати P_meх — це втрати на тертя в підшипниках, щіток об колектор, якоря об повітря і вентиляційні. Для машин потужністю 10 — 500 кВт втрати складають 0,5--2 % від номі-

нальної потужності машини, причому менший відсоток втрат належить до потужніших машин.

У машинах постійного струму є й інші втрати. їх об'єднують у групу додаткових втрат Р_дод вони складають приблизно 1 % від номінальної потужності машини.] Загальні втрати в машині

дозволяють визначити коефіцієнт корисної дії машини постійного струму (у відсотках); для генераторів

для двигунів

де Р₁ — потужність, яка підводиться до двигуна; Р₂ потужність, яка віддасться генератором.

Машини постійного струму потужністю до 100 кВт мають коефіцієнт корисної дії 75—90 %, потужністю 500—1 000 кВт — 91-95 %.