Коэффициент полезного действия.

Соотношение между потребляемой и отдаваемой машиной мощностями характеризуется коэффициентом полезного действия:

для генератора

η = Pэл/Pмх = Pэл/(Pэл+∑P)

для двигателя

η = Pмх/Pэл = Pмх/(Pмх+∑P)

где ∑Р — суммарные потери мощности.

К. п. д. стационарных машин постоянного тока колеблется в зависимости от мощности машины в пределах от 0,75 до 0,95 (машины большой мощности имеют более высокий к. п. д.). К. п. д. тяговых двигателей составляет 0,86—0,92, к. п. д. тепловозных генераторов — 0,92—0,94.

При изменении нагрузки отдельные виды потерь изменяются по-разному. Электрические потери ΔРэл в обмотках, по которым проходит ток нагрузки Iя (обмотках якоря, добавочных полюсов и компенсационной), изменяются пропорционально Iя, электрические потери в щеточном контакте ΔРщ.эл — пропорционально Iя, а магнитные ΔРм и механические ΔРмх остаются практически постоянными — такими же, как и при холостом ходе, если напряжение машины U и частота ее вращения n не изменяются. По этому принципу все виды потерь можно разделить на две группы: постоянные потери ∑Pпост = ΔРм +ΔРмх и переменные ∑Рпер = ΔРэл + ΔРщ.эл, которые можно считать пропорциональными квадрату тока нагрузки Iя² (обычно значение потерь ΔРщ.эл мало по сравнению с ΔРэл) .

Формула для определения к. п. д. принимает вид

η = P₂/P₁ = P₂ / (P₂+∑Рпер+∑Pпост),

где

Р₂ — полезная мощность, отдаваемая машиной (Р_ЭЛ в генераторах и Р_МХ — электродвигателях) ;

P₁ — потребляемая машиной мощность.

При холостом ходе полезная мощность Р₂ = 0, поэтому к. п. д. тоже равен нулю (рис. 150). При малых нагрузках магнитные и механические потери, оставаясь постоянными, имеют относительно большое значение по сравнению с полезной мощностью и к. п. д. незначителен. В дальнейшем с увеличением нагрузки полезная мощность Р₂ и к. п. д. увеличиваются и при некотором значении Р₂ и к. п. д. достигает максимального значения. Обычно максимум к. п. д. имеет место при 75—85 % номинальной мощности. При дальнейшем возрастании нагрузки к. п. д. начинает падать, так как рост электрических потерь, пропорциональный квадрату тока нагрузки I²я, начинает превышать прирост полезной мощности, пропорциональный только первой степени от этого тока.

В зависимости от назначения локомотива целесообразно, чтобы максимальное к. п. д. электродвигателей было при различных нагрузках. Это обеспечивают при проектировании благодаря перераспределению отдельных видов потерь мощности. Например, для тяговых двигателей электропоездов, работающих в условиях частых пусков с большими токами, выгоднее, чтобы максимальный к. п. д. располагался в зоне больших нагрузок, что достигают путем снижения электрических потерь. Для двигателей электровозов и тепловозов, работающих преимущественно при токах, меньших номинального, стремятся, чтобы максимальный к. п. д. находился в зоне средних токов. Добиться этого можно уменьшением магнитных и механических потерь.