5. Потери мощности в электрических машинах постоянного тока

Потери в электрических машинах делятся на основные и добавочные. Первые определяются характером и интенсивностью электромагнитных и механических процессов. Вторые же обусловлены различными вторичными явлениями при работе электрической машины в режиме нагрузки.

Основные потери подразделяются на механические, магнитные и электрические (в проводниках обмоток, переходном сопротивлении щеточных контактов) потери. Механические потери в свою очередь делятся на потери в подшипниках, на трение в щетках и на вентиляцию самой машины. В электрической машине постоянного тока механические потери зависят только от скорости вращения выходного вала машины и не зависят от ее нагрузки. В машинах мощностью 10-500 кВт механические потери составляют 0,5-2,0% от номинальной мощности (меньшие значения соответствуют машинам большей мощности).

Магнитные потери вызваны действиями переменного и вращательного перемагничивания различных частей машин постоянного тока.

Первый вид потерь относится к зубцам якоря, а второй — к сердечнику якоря машины постоянного тока. В обоих случаях магнитные потери состоят из потерь на гистерезис и вихревые токи и могут быть определены по формулам:

П_мг=П_с.а+П_с.з; (4)

; (5)

; (6)

где П_са,П_сз— потери в спинке и зубцах якоря; — удельные потери при В=1 Тл =50 Гц; — частота перемагничивания стали; , — индукция в спинке якоря и средняя индукция в зубце; (2,4…4), (1,7…2) — коэффициенты, учитывающие увеличение суммарных потерь в спинке якоря и в зубце; G_c.a,G_c.з — масса спинки якоря и зубцов; =1,2…1,5.

Электрические потери в каждой из обмоток (возбуждения и якорной) определяются по формуле, представляющей собой произведение квадрата действующего значения тока на суммарное сопротивление обмотки. Согласно ГОСТ, сопротивления обмоток с различными классами изоляции должны соответствовать температуре этих обмоток при номинальном режиме работы машины.

Потери в переходных сопротивлениях щеточных контактов определяются выражением

; (7)

где — падение напряжения на переходных сопротивлениях между щеткой и коллектором. Согласно ГОСТ для угольных и графитных щеток = 1 B, а для металлоугольных — 0,3 В. Добавочные потери в машине постоянного тока возникают вследствие искажения кривой магнитного поля от действия поперечной реакции якоря и действия коммутации. На практике, согласно ГОСТ, их величина равна: при отсутствии компенсационной обмотки 1%, а при наличии — 0,5% от отдаваемой мощности для генератора и подводимой мощности для двигателя.

6. Энергетическая диаграмма двигателей постоянного тока

Различают двигатели постоянного тока: независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения.

С независимым возбуждением выполняются мощные двигатели с целью более удобного и экономичного регулирования тока возбуждения. По своим характеристикам они ничем не отличаются от двигателей с параллельным возбуждением.

Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока изображена на рис. 3.

Рис. 3. Энергетическая диаграмма двигателя постоянного тока

Входная мощность P_l, передаваемая двигателю из электрической сети, определяется выражением:

; (8)

Часть этой мощности расходуется на покрытие потерь в обмотке возбуждения и в цепи якоря . Оставшаяся часть, равная электромагнитной мощности за вычетом магнитных потерь П_ж, потерь на трение в подшипниках и вентиляцию П_мех и дополнительных потерь, обеспечивает на валу машины постоянного тока выходную мощность Р₂.