Потери мощности в электрических машинах постоянного тока

Потери в электрических машинах делятся на основные и добавочные. Основные определяются характером и интенсивностью электромагнитных и механических процессов. Добавочные же обусловлены различными вторичными явлениями при работе электрической машины в режиме нагрузки.

Основные потери подразделяются на механические, магнитные и электрические (в проводниках обмоток, переходном сопротивлении щеточных контактов) потери.

Механические потери в свою очередь делятся на потери в подшипниках, на трение в щетках и на вентиляцию самой машины. В электрической машине постоянного тока механические потери зависят только от скорости вращения выходного вала машины и не зависят от ее нагрузки. В машинах мощностью 10-500 кВт механические потери составляют 0,5-2,0% от номинальной мощности (меньшие значения соответствуют машинам большей мощности).

Магнитные потери вызваны действиями переменного и вращательного перемагничивания различных частей машин постоянного тока. Первый вид потерь относится к зубцам якоря, а второй – к сердечнику якоря машины постоянного тока. В обоих случаях магнитные потери состоят из потерь на гистерезис и вихревые токи и могут быть определены по формулам:

(3.4)

; (3.5)

, (3.6)

где П_c.a , П_c..з – потери в спинке и зубцах якоря; п_1,0/50 – удельные потери при B=1 Тл и f = 50 Гц; f – частота перемагничивания стали; B_a , B_з.ср – индукция в спинке якоря и средняя индукция в зубце; (2,4-4.0), (1,7-2.0) – коэффициенты, учитывающие увеличение суммарных потерь в спинке якоря и в зубце; G_c.a , G_c.3 – масса спинки якоря и зубцов; β = 1,2-1,5 (коэффициент щеточного перекрытия).

Электрические потери в каждой из обмоток (возбуждения и якорной) определяются по формуле, представляющей собой произведение квадрата действующего значения тока на суммарное сопротивление обмотки. Согласно ГОСТ, сопротивления обмоток с различными классами изоляции должны соответствовать температуре этих обмоток при номинальном режиме работы машины.

Потери в переходных сопротивлениях щеточных контактов определяются выражением

(3.7)

где ΔU_щ – падение напряжения на переходных сопротивлениях между щеткой и коллектором.

Согласно ГОСТ для угольных и графитных щеток ΔU_щ = 1 В, а для металлоугольных – 0,3 В.

Добавочные потери в машине постоянного тока возникают вследствие искажения кривой магнитного поля от действия поперечной реакции якоря и действия коммутации. На практике, согласно ГОСТ, их величина равна: при отсутствии компенсационной обмотки 1%, а при наличии – 0,5% от отдаваемой мощности для генератора и подводимой мощности для двигателя.