Потери в синхронной машине, кпд
Потери
в синхронной машине можно разделить на
основные и добавочные. Ниже приводится
расчет этих потерь для номинального
режима работы. Основные
потери.
Основные электрические потери в обмотке
статора, кВт,
.
Потери на возбуждение, кВт, при наличии
возбудителя, сочлененного с валом
машины, согласно ГОСТ определяют с
учетом потерь в возбудителе:
.
Для машин, возбуждаемых от отдельно
установленных устройств,
,
где
— номинальные значения тока якоря и
тока возбуждения;
—
переходное падение напряжения в щеточном
контакте (
=
1 В);
—
КПД возбудителя (
=
0,8…0,85). Магнитные потери в ярме
магнитопровода статора, кВт,
.
Магнитные потери в зубцах магнитопровода
статора, кВт,
,
где
и
—
удельные потери при индукции 1 Тл и
частоте 50 Гц,
и
—
коэффициенты, учитывающие увеличение
потерь из-за частичного замыкания листов
вследствие наличия заусенцев, а также
изменения структуры стали при штамповке:
при
100 кВт
=1,5;
=2;
при
> 100 кВт
=1,3;
=1,7;
и
— индукция в ярме статора и зубце статора
на 1/3 высоты зубца при
).
Механические потери, равные сумме потерь
в подшипниках и на вентиляцию, кВт,
,
где
—
окружная скорость ротора, м/с;
—
полная длина статора, м. Добавочные
потери.
Добавочные потери возникают в машине
как при холостом ходе, так и при нагрузке.
При холостом ходе возникают потери на
поверхности полюсных наконечников,
кВт, из-за колебания индукции вследствие
зубчатого строения статора:
,
где
;
—
индукция при
,
Тл;
—
коэффициент воздушного зазора;
—
коэффициент:
=
4,6 при полюсах из листов толщиной 1 мм и
=
8,6 при полюсах из листов толщиной 2 мм,
при массивных полюсных наконечниках
=
23,3;
—
коэффициент полюсного перекрытия;
— число зубцов статора (
и
подставляются в метрах). Добавочные
потери при нагрузке
появляются в обмотках статора из-за
вихревых токов и в стали как в статоре,
так и в полюсных наконечниках ротора
от высших гармонических магнитного
поля якоря. Общие потери при номинальной
нагрузке
.
Коэффициент полезного действия генератора
,
двигателя
,
где
— номинальная активная мощность
генератора, кВт;
—
активная мощность, подводимая к двигателю
при номинальной нагрузке, кВт:
.
Расчет рабочих характеристик синхронного двигателя
Рабочими
характеристиками синхронного двигателя
являются зависимости потребляемой
мощности P1, потребляемого тока I1,
вращающего момента М, cosφ и КПД (η) от
полезной мощности нагрузки P2. При
постоянном токе возбуждения увеличение
нагрузки на валу вызывает уменьшение
cosφ, что объясняется увеличением
реактивного падения напряжения при
возрастании потребляемого от сети тока
I1. КПД η с увеличением нагрузки быстро
увеличивается и достигает максимума,
когда не зависящие от нагрузки механические
потери и потери в стали становятся
равными зависящим от нагрузки потерям
в меди обмоток. Дальнейшее увеличение
нагрузки снижает КПД. Потребляемый
статором ток I1 на холостом ходу мал,
при этом cosφ =1. При увеличении нагрузки
I1 возрастает практически пропорционально
нагрузке. Вращающий момент М на холостом
ходу мал, т.к. механические потери
невелики. При увеличении нагрузки,
благодаря постоянству скорости вращения
синхронного двигателя, вращающий момент
возрастает почти линейно.
Потребляемая
мощность Р1 растёт быстрее, чем полезная
мощность Р2, т.к. при увеличении нагрузки
сказывается увеличение электрических
потерь в двигателе, которые пропорциональны
квадрату тока Рабочие
характеристики
двигателей, т. е. зависимости
,
,
,
,
,
при
=1=const
и
=const
могут быть получены по U-образным
характеристикам. Для этого необходимо
построить несколько U-образных
характеристик при различных значениях
=const
и
=1=const.
По этим характеристикам при
находят ток I
при данном значении мощности
и
.
Затем определяют мощность на валу:
(
—
потери в машине для данного режима
работы),
.