7.12. Потери энергии и коэффициент полезного действия синхронного генератора

Процесс преобразования механической энергии в электрическую энергию сопровождается потерями. На рис. 7.42 представлена диаграмма распределения мощности в генераторе. Часть механической мощности приводного двигателя теряется на преодоление механического момента, обусловленного силой трения в подшипниках ротора .

Рис. 7.42

Дополнительные виды потерь представлены на диаграмме потерями .

Кроме этого, в генераторе имеют место потери, расходуемые на возбуждение и компенсируемые возбудителем постоянного тока, находящимся, как правило, на одном валу с синхронным генератором . Обмотка возбуждения может получать питание от сети через выпрямитель, поэтому при автономной работе генератора мощность, теряемая на возбуждение, снимается с выходных зажимов генератора. Мощность, теряемая на возбуждение генератора, составляет 0,3…1 % от его номинальной мощности, и поэтому этой мощностью иногда пренебрегают.

Очевидны потери мощности на нагревание обмоток стато- ра . Величина этих потерь определяется сопротивлением обмоток и силой тока статора. При этом мощность потерь в проводах обмотки пропорциональна квадрату тока.

Работа генератора связана с использованием вращающегося магнитного поля. Магнитопровод статора находится, таким образом, в изменяющемся магнитном поле и перемагничивается с частотой вращения индуктора. Перемагничивание магнитопровода связано с потерями на перемагничивание и на вихревые токи . Потери на перемагничивание и на вихревые токи практически не зависят от выходной мощности.

Все потери в синхронном генераторе, как и во всех электрических машинах, могут быть разделены на постоянные потери, которые практически не зависят от нагрузки, и переменные потери, зависящие от нагрузки. Постоянные потери определяются механическими потерями, потерями на возбуждение и потерями на перемагничивание магнитопровода. К переменным потерям относят потери в меди (в обмотке статора) и дополнительные потери.

Мощность генератора зависит от коэффициента мощности нагрузки.

Коэффициент полезного действия равен отношению мощности, отдаваемой машиной в сеть, к потребляемой от приводного двигателя мощности

.

Удобно представить потребляемую генератором мощность суммой отдаваемой мощности и мощностей всех потерь машины

,

где  постоянные потери машины,

 переменные потери машины.

КПД достигает максимального значения в том случае, когда переменные потери становятся равными постоянным потерям.

На рис. 7.43 изображены кривые зависимости КПД генератора в функции выходной мощности при различных значениях .

Рис. 7.43

КПД современных генераторов составляет 96–97 %. Кривые КПД для проходят ниже кривой при , так как при одной и той же выходной активной полезной мощности , при том же напряжении при ток генератора должен быть большим. В этом случае переменная мощность потерь имеет большую величину и КПД имеет меньшее значение.

Г л а в а 8