2.8 Мощности потерь и коэффициент полезного действия

Мощности потерь в электродвигателях постоянного тока малой мощности слагаются из следующих видов:

1. потерь в меди обмоток якоря и возбуждения машины,

2. переходных потерь на контактах щеток и коллектора,

3. магнитных потерь на гистерезис и вихревые токи в стали якоря,

4. механических потерь (трение в подшипниках, якоря о воздух, щеток о коллектор)

5. добавочных потерь.

Потери в меди обмотки якоря

Вт (2.8.1)

Потери в меди последовательной обмотки возбуждения

Вт (2.8.2)

Потери в меди параллельной обмотки возбуждения

Вт (2.8.3)

Переходные потери в контактах щеток и коллектора

Вт (2.8.4)

Масса стали сердечника якоря

кг (2.8.5)

Масса стали зубцов якоря

кг (2.8.6)

Потери на гистерезис и вихревые токи в стали сердечника якоря

Вт (2.8.7)

Потери на гистерезис и вихревые токи в стали зубцов якоря

Вт (2.8.8)

Полные магнитные потери на гистерезис и вихревые токи в стали якоря

Вт (2.8.9)

Удельные потери в стали, Вт/кг

, (2.8.10)

, (2.8.11)

где и - из табл. 2.8.1

Значения и в зависимости от марки и толщины пластины стали Таблица 2.8.1

Марка стали	Толщина листа, мм
Э11 Э12 Э31 Э44 Э44	0,50 0,50 0,35 0,35 0,20	4,1 3,5 1,8 1.1 0,8	5,1 4,4 2,1 1,4 1,3

Потери на трение щеток о коллектор

Вт. (2.8.12)

-общая площадь прилегания к коллектору всех щеток.

Потери на трение в подшипниках можно приближенно определить по формуле

Вт. (2.8.13)

Коэффициент для малых машин с шарикоподшипниками, по опытным данным, колеблется в пределах от 1 до 3, при этом большее его значение относится к нижнему пределу рассматриваемого здесь диапазона мощностей.

Масса якоря

кг. (2.8.14)

Средняя объемная масса якоря и коллектора

кг/м³.

Потери на трение якоря о воздух вообще не поддаются точному учету; для машин малой мощности при скоростях вращения якоря примерно до 12 000 об/мин их можно приближенно определить по следующей формуле:

Вт. (2.8.15)

Полные механические потери в машине

Вт. (2.8.16)

Общие потери в машине при полной нагрузке

Вт, (2.8.17)

где коэффициент учитывает добавочные потери в машине.

Коэффициент полезного действия при номинальной нагрузке машины

, (2.8.18)

где I=I_a – для электродвигателя последовательного возбуждения, I=I_a+I_в – для электродвигателя параллельного возбуждения

Найденная здесь величина не должна отличаться более чем на % от предварительно выбранной. Если отличие большее, то необходимо корректировать расчет.

2.9 Рабочие характеристики электродвигателя

Под рабочим характеристиками электродвигателей постоянного тока малой мощности понимаются зависимости потребляемых тока и мощности, частоты вращения, к.п.д, момента на валу при постоянном напряжении на зажимах от мощности на валу

; ; ; ;M₂= (P₂).

По данным расчета строятся рабочие характеристики двигателя. Расчет рабочих характеристик электродвигателей для удобства можно свести в табл. 2.9.1.

Расчет рабочих характеристик электродвигателя Таблица 2.9.1

Величины	Потребляемый двигателем ток из сети, А
	0,5I	0,8I	I	1,2I
IB= , A1
Ia =I-IB, А2
∆Ua = Ia∙ra, B
∆UB= Ia∙rB, B3
∆Uщ, B
∆U = ∆Ua+∆Uщ+∆UB, B4
E = U – ∆U, B
AW'B = Ia∙2WB, A5
AWR, A
AW'p = AW'B – AWR , A
Ф, Вб
, об/мин
Рм.а= Ia2∙ra, Вт
Рм.в= Ia2∙rв, Вт6
Рщ.к= ∆Uщ∙Ia, Вт
Р1=U∙I, Вт (I = Ia)
Ва, Тл
Рса, Вт
Вз, Тл
Рс.з, Вт
Рс, Вт
Ртр.щ, Вт
Ртр.п, Вт
Ртр.в, Вт
Рмх, Вт
, Вт
P2 = P1 – ∑P , Вт
, H·м

Пояснения к табл.2.9.1:

1 для двигателя параллельного возбуждения ;

2 для двигателя параллельного возбуждения; при последовательном возбуждении ;

3 для двигателя последовательного возбуждения;

4 для двигателя последовательного возбуждения; при параллельном возбуждении ;

5 для двигателя последовательного возбуждения ; для параллельного возбуждения ;

6 для двигателя последовательного возбуждения; при параллельном возбуждении P_МВ=UI_В=const

В столбец таблицы 2.9.1 , соответствующий номинальному потребляемому двигателем току из сети, выписываются рассчитанные значения отдельных величин. При этом суммарная м.д.с. реакции якоря для других столбцов принимается пропорциональной току якоря, а величина полезного потока полюса Ф для каждого не номинального значения потребляемого тока определяется по кривой намагничивания (рис. 2.6.3) с помощью м.д.с.

.

Поскольку все рабочие характеристики зависят от , то удобно их построить в одной плоскости прямоугольной системы координат с горизонтальной осью Р₂ и пятью вертикальными осями с общим нулевым значением.