37 Механические потери.

Механические потери состоят из потерь на трение щеток о коллектор или кольца, потерь на трения в подшипниках и вентиляционных потерь.

Потеря на трение щеток о коллектор и кольца вычисляют по формуле

Р_трщ=К_тр∙f_щ∙S_щ∙υ_к,

где К_тр – коэффициент трения щеток о коллектор или кольца, принимается К_тр=0,25;

f_щ – давление на щётку(в среднем принимается f_щ ≈(15…25)∙10³ Па);

S_щ – суммарная площадь контактов всех щеток, м²;

υ_к – окружная скорость коллектора, м/с.

Потери в подшипниках зависит от их конструкции, состояния трущихся поверхностей и применяемой смазки. Для машин малой и средней мощности применяются шариковые или роликовые подшипники с консистентной смазкой в крупных машинах применяются подшипники скольжения с принудительной смазкой.

Коэффициенты трения для различных видов подшипников находятся из справочников.

Вентиляционные потери зависят от конструкции машины и от типа применяемого вентилятора. В машинах с самовентиляцией это потери пропорциональны квадрату скорости по внешнему диаметру вентилятора.

Электрические потери в щеточном контакте определяются по формуле

Р_эщ= U_щ∙I_a.

Переходные падения напряжения U_щ на пару щеток принимаются равным:

для угольных и графитных щеток – U_щ =2В;

для металлоугольных и металлографитных щеток – U_щ =0,6В.

При расчетах принимается, что U_щ не зависит от тока якоря.

38 Добавочные электрические потери.

Добавочные электрические потери в обмотке якоря обусловлены вихревыми токами, которые находятся в её проводниках вследствие пульсации пазового поля рассеяния. Пульсации потока рассеяния вызваны тем, что ток в проводниках обмотки периодически изменяет свое направление. Добавочные потери увеличиваются при возрастании высоты проводника и частоты пульсации. Для уменьшения потерь при большой высоте проводника его разбивают на несколько изолированных друг от друга элементарных проводников.

39 Суммарные потери. Кпд машин переменного тока.

Суммарные потери представляют собой сумму всех потерь

∑Р=Р_эа+Р_н+Р_мх+Р_эщ+Р_g,

КПД η представляет собой отношение полезной (отдаваемой) мощности Р₂ к потребляемой Р₁

η = или η%= 100.

В двигателях потребляемая мощность – это электрическая мощность Р₁=U∙I, забираемая из сети а полезная – мощность на валу Р₂=Р₁-∑Р.

В генераторах полезной мощностью является мощность, отдаваемая в сеть Р₂=U∙I, подводимой – мощность, приложенная к его валу Р₁=Р₂+∑Р.

С учетом этого получаем формулы для определения КПД

Двигателя η = = ;

Для генератора η = = .

У машин большой и средней мощности КПД находится в пределах 0,85…0,95. У машин малой мощности КПД уменьшается до 0,25…0,3.

При экспериментальном определении КПД используются два метода: непосредственный и косвенный.

Непосредственный метод. КПД определяется по формуле η = . Для этого непосредственно измеряются мощности Р₁,Р₂ .Электрическая мощность измеряется с помощью приборов, механическая мощность у двигателя – с помощью различных нагрузочных устройств, у генератора – при помощи тарированного двигателя, который вращает испытуемую машину. Данный метод определения КПД имеет низкую точность, т.к. ошибка в измерении Р₁ и Р₂ в таком же проценте скажется на значении КПД. Применяется для определения КПД у машин с η<0,85. При η≥0,85 в соответствии с ГОСТ 25941-83 рекомендуется применять косвенный метод. КПД таким образом определяют по формуле

η = или по формуле η = . При этом измеряется электрическая мощность(значительно точнее, чем механическая) и определяется сумма потерь .

Для определения находят её отдельные составляющие методами, которые изложены в ГОСТ 25941-83. Более высокая мощность достигается тем, что ошибки суммирования отдельных видов потерь в меньшей степени сказываются на КПД , чем ошибки при определении Р₂, Р₁ по первому методу.

З ависимость КПД от нагрузок представлена на рисунке.

Чтобы найти условие, при котором КПД машины будет иметь максимальные значение, разобьем суммарные потери на три группы :

Первая группа – это потери, которые не зависят от нагрузки. ( от тока I_a). Это механические и магнитные потери, а также потери в тех обмотках возбуждения, в которых ток не изменяется при нагрузке. Такие потери называются постоянными потерями.

Вторая группа – это потери, которые зависят от I_a². Это электрические потери в обмотках цепи якоря и добавочные потери.

Третья группа – это потери, пропорциональные I_a .Это электрические потери в щеточном контакте.

Таким образом

.

КПД будет максимальным, когда отношение имеет минимальное значение. Разделим последнее уравнение на I_a, получим

.

Условие для η_мах найдем, если

Откуда А=С∙I_a².

Следовательно, максимум КПД получается при таком токе якоря, когда постоянные потери будут равны потерям, зависящим от I_a².

При проектировании машины соотношение между потерями подбирается так, чтобы η_мах получался при той нагрузке, при которой машина работает наибольшее время.

Максимальное КПД при нагрузках 0,65…0,7 от номинальной.

При малых нагрузках постоянные потери больше потерь, пропорциональных I_a², при больших нагрузках потери, пропорциональные I_a² больше постоянных.