1.8. Потери мощности и кпд машин постоянного тока

При работе электрических машин часть энергии в отдельных уз­лах ее теряется, превращаясь в тепло. Потери энергии в машинах постоянного тока можно разделить на следующие группы:

1.Механические потери Р_мех: трение вала в подшипниках, трение щеток о коллектор, трение якоря в воздух, вентиляцион­ные. Обычно эти потери определяются по эмпирическим формулам или экспериментально.

2.Магнитные потери Р_ст: потери на гистерезис, обусловленные перемагничиванием сердечника якоря и зубцов при вращении и потери на вихревые токи, обусловленные пересечением магнитным потоком отдельных точек тела якоря. Вихревые токи замыкаются в плоскостях продольного разреза якоря. С целью уменьшения потерь на вихревые токи тело якоря собирают из штампованных, изолированных друг от друга листов электротехнической стали. Потери в стали, учитывающие по­тери на гистерезис и вихревые токи определяются по формуле:

,

где К₀ – опытный коэффициент, учитывающий влияние обработки и сборки листовой стали, равный для машин постоянного тока 1,7÷4,0;

Р_у – удельные потери в стали, зависящие от сорта и толщины листов;

f – частота перемагничивания стали;

β – коэффициент, равный для слаболегированных и среднелегированных сталей 1,4÷1,6, для высоколегированных 1,2÷1,3;

В – магнитная индукция в стали;

G – масса сердечника якоря или зубцов.

Эта формула является универсальной, т.е. по ней можно опре­делять потери в стали и в машинах переменного тока.

3. Электрические потери Р_э в обмотке якоря, в обмотках воз­буждения, добавочных полюсов и компенсационной, в контактном слое щеток определяется по формуле

,

где r_я, I_я– полное сопротивление цепи якоря и сила тока в ней;

U_в, I_в– напряжение и тока возбуждения;

r_с, r_к, r_q – сопротивления обмоток, соответственно, последо­вательной,компенсационной и добавочных полюсов.

ΔU_Щ – переходное падение напряжения на пару щеток, сог­ласно

ГОСТ среднее значение ΔU_щ=2В.

4. Добавочные потери P_q: механические потери, обусловленные вибрацией вала, щеток, потери в стали, обусловленные неравномер­ностью распределения индукции в зубцах, потери в полюсных нако­нечниках, обусловленные пульсацией основного потока вследствие зубчатости якоря и другие. Добавочные потери трудно поддаются учету, поэтому для нормальных машин ГОСТ предусматривает =0,01 P_q=0,01 P_н=U_нI_н. Таким образом, полные потери в машине постоянного тока могут быть выражены формулой

(1.33)

Механические и магнитные потери практически не зависят от наг­рузки машины, поэтому принято называть их потерями холостого хода Р₀, Электрические же потери пропорциональны квадрату тока, по­этому являются переменными и зависят от нагрузки машины. Если подвести к машине мощность P₁, то получится

(1.34)

где P₁ =UI– это электрическая мощность, подводимая к двигателю,

или механическая мощность на валу привод­ного двигателя генератора.

Р₂ – механическая мощность, снимаемая с вала двигателя или электрическая мощность, отданная генератором во внеш­нюю цепь.

Отношение полезной мощности Р₂ к подводимой мощности Р₁ назы­вается коэффициентом полезного действия.

(1.35)

КПД машин постоянного тока величина непостоянная, он изменяет­ся при изменении нагрузки, достигая максимума при нагрузках от 75 до 100% номинальной. В зависимости от мощности машин КПД в номинальном режиме для малых машин достигает 0,75÷0,85 и для машин большой мощности 0,92–0,97.