Потери и кпд машины постоянного тока

Преобразование энергии в машинах постоянного тока сопровождается потерями — часть энергии превращается в теплоту, и эта энергия для электрической цепи является безвозвратно потерянной.

Следует выделить три вида наиболее значительных потерь: 1) потери в обмотках; 2) магнитные потери; 3) механические потери. Принято потери относить к единице времени, т. е. говорят о мощности потерь.

Мощность потерь в обмотках — потери в меди (р_и) — слагается из мощностей тепловых потерь в обмотке якоря обмотке возбуждения (р_а6,), обмотке дополнительных полюсов (p_o6an):

Мощность магнитных потерь — потери в стали (р_с) — слагается из мощностей потерь на гистерезис и вихревые токи. Потери на гистерезис зависят от частоты перемагничивания якоря, т. е. от скорости его вращения п и величины магнитной индукции В. Для уменьшения этих потерь применяют сорта стали с малой площадью петли гистерезиса, так как эта площадь пропорциональна энергии, расходуемой в одном цикле перемагничивания. Потери на вихревые токи также связаны с величиной магнитной индукции и скоростью вращения якоря. Для уменьшения этого вида потерь якорь собирают из тонких (0,5 мм) стальных пластин, изолированных друг от друга лаком, и применяют стали невысокой электропроводности.

Потери в стали рассчитывают по эмпирическим формулам.

Механические потери (р_иех) включают потери в подшипниках, потери на преодоление трения в коллекторе и вентиляционные потери. Можно считать, что механические потери зависят только от скорости вращения ротора (якоря) машины.

Сумма механических и магнитных потерь как потерь, не зависящих от нагрузки, может быть определена из опыта холостого хода машины. С этой целью машина запускается в режиме двигателя и вся потребляемая ею энергия расходуется на покрытие механических и магнитных потерь, а потери в обмотках будут пренебрежимо малы. Общие потери в машине постоянного тока.

КПД определяется выражением.

где Р — полезная мощность машины, выраженная в электрических единицах, так как ее легко определять с помощью электроизмерительных приборов.

Наибольшее значение тока машины определяется из условия допустимого нагрева изоляции обмотки. Мощность, рассчитанная по условиям длительно допустимой температуры, носит название номинальной или паспортной мощности Р_н. Всякая машина может допускать значительную кратковременную перегрузку; благодаря тепловой инерции температура не может быстро повыситься до опасных значений.

Номинальный КПД для современных машин постоянного тока составляет 75…96% в зависимости от мощности машины: чем меньше мощность машины, тем меньше ее КПД.

Зависимость КПД машины постоянного тока от нагрузки показана на рисунке 7.8.1.

Рис. 7.8.1.

При большой перегрузке машины вследствие значительного увеличения потерь в обмотке якоря КПД начинает уменьшаться.