6.5. Добавочные потери

Добавочные потери, как правило, меньше основных потерь, рас­смотренных в предыдущих параграфах. Некоторые виды добавоч­ных потерь возникают при холостом ходе и не изменяются при на­грузке машины, другие появляются только с увеличением тока нагрузки. В зависимости от этого первый вид потерь называют добавочными потерями холостого хода, а второй — добавочными по­терями при нагрузке.

К добавочным потерям холостого хода относят поверхностные Р_пов и пульсационные потери Р_пул:

Р_ст.доб = Р_пов + Р_пул (6.5)

Поверхностные потери возникают из-за пульсаций индукции в воздушном зазоре. При работе машины индукция в каждой отдель­но взятой точке, расположенной на одной из поверхностей магнитопровода, обращенных к зазору, будет изменяться от наибольшего значения (когда против нее на противоположной стороне зазора на­ходится коронка зубца) до наименьшего (когда на другой стороне располагается паз). Частота таких пульсаций индукции определяет­ся числом зубцов и частотой вращения, т. е. зубцовой частотой, Гц:

f_z = nZ/60.

Вызванная этими пульсациями ЭДС создает в тонком поверхно­стном слое головок зубцов и полюсных наконечников вихревые токи, потери от которых и называют поверхностными.

Таким образом, наличие зубцов на статоре определяет возник­новение поверхностных потерь в роторе, и, наоборот, зубцы ротора вызывают поверхностные потери на статоре. Поверхностные поте­ри возникают во всех машинах, имеющих зубчатую поверхность на одной или на двух сторонах воздушного зазора. Эти потери имеют место в статорах и роторах асинхронных машин и на поверхности полюсных наконечников синхронных машин и машин постоянного тока.

Для расчета Р_пов предварительно находят амплитуду пульсаций индукции в воздушном зазоре В₀ в зависимости от индукции В_δ и размерных соотношений зазора — отношения ширины раскрытия паза к зазору b_ш/δ. Среднее значение удельных поверхностных по­терь Р_пов, т. е. отнесенных к единице площади поверхности магнитопровода статора или ротора, обращенной к воздушному зазору,

Р'_пов1 = k₀ (Z₂n/ 10000)^1,5(10³ B₀t_z2)² ; (6.6)

Р'_пов2 = k₀ (Z₂n/ 10000)^1,5(10³ B₀t_z1)² , (6.7)

где коэффициент k₀ определяет влияние на потери толщины листов магнитопровода, марки стали и способа обработки поверхности; Z₁ и Z₂ — числа зубцов статора и ротора; n — частота вращения ротора, об/мин; t_z1 и t_z2 — зубцовые деления статора и ротора, м.

Полные поверхностные потери Р_пов, Вт, получают умножением Р'_пов на площадь всей рассматриваемой поверхности статора или ротора — головок зубцов или полюсных наконечников.

Пульсационные потери Р_пул возникают в машинах, имеющих зуб­цы и на роторе и на статоре, например, в асинхронных машинах. Они обусловлены пульсациями потока в зубцах, что приводит к по­явлению вихревых токов в стали зубцов. Частота пульсаций потока и индукции в зубцах статора происходит с зубцовой частотой рото­ра, а частота пульсаций в зубцах ротора — с зубцовой частотой ста­тора. Амплитуда пульсаций В_пул зависит от среднего значения ин­дукции в зубцах и размерных соотношений зубцовых зон. Потери Р_пул, Вт, определяют раздельно для зубцов статора и ротора по сле­дующим формулам:

Р_пул1 = (0,09...0,11)(Z₂n/ 1000)² B²_пул1 m_z1; (6.8)

Р_пул1 = (0,09...0,11)(Z₁n/ 1000)² B²_пул2 m_z2, (6.9)

где Z₁ и Z₂ — числа пазов статора и ротора; В_пул1 и В_пул2 — амплитуда пульсаций индукции в зубцах статора и ротора, Тл; m_z1 и m_z2 — мас­сы зубцов статора и ротора, кг.

Поверхностные и пульсационные потери возникают во всех машинах, имеющих пазы, открытые в воздушный зазор, хотя бы на одной из его поверхностей. При закрытых пазах в магнитопроводе, расположенном на противоположной им стороне зазора, поверхностные и пульсационные потери не возникают. Напри­мер, эти потери отсутствуют на поверхности и в зубцах статора асинхронного двигателя, если его ротор выполнен с закрытыми пазами.

Относительная величина Р_пов, и Р_пул в общей сумме потерь резко возрастает в машинах с большим числом пазов, с большой частотой вращения, а также при увеличении ширины шлица паза и уменьше­нии воздушного зазора. Это объясняется тем, что в первом случае возрастает частота, а во втором — амплитуда пульсаций индукции в воздушном зазоре и в зубцах магнитопровода. В двухполюсных асинхронных двигателях чрезмерное уменьшение воздушного зазо­ра приводит к значительному увеличению потерь Р_пов и Р_пул, что мо­жет служить причиной возрастания суммарных потерь и уменьше­ния КПД двигателя.

Добавочные потери при нагрузке возникают как в проводниках обмоток, так и в стали на отдельных участках магнитопровода. Ток нагрузки создает потоки рассеяния, сцепленные с проводниками об­моток. В результате этого в проводниках наводятся вихревые токи, вызывающие добавочные потери, не учтенные ранее в расчете. В ма­шинах постоянного тока увеличение потерь при нагрузке связано также с коммутационным процессом, при котором токи в секциях изменяют свое направление. Поля, созданные высшими гармоника­ми МДС обмоток, и зубцовые гармоники поля с ростом нагрузки машины увеличивают поверхностные и пульсационные потери. В машинах постоянного тока увеличение добавочных потерь в стали с ростом нагрузки связано также с искажением магнитного поля под действием поперечной реакции якоря.

Расчет отдельных добавочных потерь при нагрузке проводят обычно лишь для машин большой мощности. Для машин общего назначения эти потери учитывают приближенно. Согласно ГОСТ 11828—86 добавочные потери при нагрузке для асинхронных и син­хронных машин и машин постоянного тока с компенсационной об­моткой при расчете берут равными 0,5 % потребляемой номиналь­ной мощности, а для машин постоянного тока без компенсационной обмотки 1 %.