Потери мощности и КПД машин постоянного тока

Преобразование электрической энергии в механическую с помощью двигателей и механической в электрическую с помощью генераторов сопровождается потерями энергии, чему соответствуют определенные потери мощности. От значений потерь мощности зависит важнейший энергетический показатель машин постоянного тока – их КПД. Потери мощности в машинах приводят к их нагреванию.

Рис. 45. Зависимость КПД машин постоянного тока от полезной мощности

В машинах постоянного тока различают следующие основные виды потерь мощности.

1. Потери мощности в сопротивлениях цепи якоря: Δ P _я = I _я² r _я. Как видно, потери мощности Δ P _я зависят от нагрузки машины. Поэтому их называют переменными потерями мощности.

2. Потери мощности в стали Δ P с, вызванные главным образом вихревыми токами и перемагничиванием магнитопровода якоря при его вращении.

Частично эти потери возникают из(за вихревых токов в поверхностном слое полюсных наконечников, вызванных пульсацией магнитного потока при вращении якоря.

3. Механические потери мощности Δ P _мех, причиной которых является трение в подшипниках, щеток о коллектор, вращающихся частей о воздух.

4. Потери мощности в цепи параллельной или независимой обмотки возбуждения: Δ P _в = U _в I _в = I ²_в r _в.

Потери Δ P _с, Δ P _мех, Δ P _я при изменении нагрузки машин меняются незначительно, вследствие чего их называют постоянными потерями мощности.

КПД машин постоянного тока:

η = P ₂ / P ₁,

где Р ₂ – полезная мощность машины (у генератора это электрическая мощность, отдаваемая приемнику, у двигателя – механическая мощность на валу);

Р ₁ – подводимая к машине мощность (у генератора это механическая мощность, сообщаемая ему первичным двигателем, у двигателя – мощность, потребляемая им от источника постоянного тока; если генератор имеет независимое возбуждение, то Р ₁ включает в себя также мощность, необходимую для питания цепи обмотки возбуждения).

Мощность Р 1 может быть выражена следующим образом:

P ₁ + P ₁ + SΔ P,

где Δ P – сумма перечисленных выше потерь мощности.

С учетом последнего выражения η = P ₂ / (P ₁ + SΔ P).

Когда машина работает вхолостую, полезная мощность Р ₂ равна нулю и η = 0. Характер изменения КПД при увеличении полезной мощности зависит от значения и характера изменения потерь мощности.

График зависимости η (Р ₂) приведен на рисунке 45.

При увеличении полезной мощности КПД сначала возрастает при некотором значении Р ₂, достигает наибольшего значения, а затем уменьшается. Последнее объясняется значительным увеличением переменных потерь, пропорциональных квадрату тока. Машины рассчитывают обычно таким образом, чтобы наибольшее значение КПД находилось в области, близкой к номинальной мощности Р _2ном. Номинальное значение КПД машин мощностью от 1 до 100 кВт лежит примерно в пределах от 0,74 до 0,92 соответственно.

Дата добавления: 2015-05-06