В МПТ, как и в других электрических машинах, имеют место основные и добавочные потери мощности.
а) Основные потери
1) Магнитные потери Рм
Происходят только в сердечнике якоря, так как только этот элемент магнитной цепи машины подвергается перемагничиванию (так как якорь вращается в магнитном поле).
Величина магнитных потерь, состоящих из потерь от гистерезиса (на перемагничивание) и потерь от вихревых токов зависит от:
- частоты перемагничивания f=pn/60;
- значения магнитной индукции в зубцах и спинке якоря;
- толщины листов электротехнической стали, её магнитных свойств и качества изоляции этих листов в сердечнике якоря.
2) Механические потери Рмех
Они складываются из потерь на трение щеток о коллектор, трения в подшипниках и на вентиляцию.
Механические и магнитные потери при постоянной частоте вращения можно считать постоянными. Сумма этих потерь составляют потери х.х.
|
Р 0=Рм+Рмех |
(1) |
3) Электрические потери
Они обусловлены нагревом обмоток и щеточного контакта.
Потери в обмотке якоря:
|
Рэ.а=Iа2 ·Ra. |
(2) |
Потери в цепи возбуждения определяются потерями в обмотке возбуждения и в реостате, включенном в цепь возбуждения:
| Рэ.в=Uв·Iв. | (3) |
Электрические потери в щеточном контакте:
| Рэ.щ=ΔUщ·Iа, | (4) | |
| где | ΔUщ – переходное падение напряжения на паре щеток, В, принимаемое по стандарту в соответствии с маркой щеток. |
Электрические потери зависят от нагрузки машины, поэтому эти потери называют переменными.
б) Добавочные потери Рд
Эти потери складываются из:
- потерь на вихревые токи в меди обмоток;
- потерь в уравнительных соединениях;
- потерь в стали якоря из-за неравномерного распределения индукции при нагрузке;
- потерь в полюсных наконечниках из-за пульсации основного потока вследствие зубчатости якоря.
Добавочные потери не поддаются точному определению и в соответствии с Государственным стандартом их принимают равными:
- для машин без компенсационной обмотки -1% от полезной мощности для генераторов или 1% от потребляемой мощности для двигателей;
- для машин с компенсационной обмоткой значение добавочных потерь принимают равными соответственно 0,5%.
Мощность на входе машины (потребляемая мощность), вт:
- для генератора (механическая мощность)
|
Р1=М1·ω=0,105М1·n; |
(5) |
- для двигателя (электрическая мощность)
|
Р1=U·I. |
(6) |
Мощность на выходе машины (полезная мощность), Вт:
- для генератора (электрическая мощность)
|
Р2=U·I; |
(7) |
- для двигателя (механическая мощность)
|
Р2 =0,105 М2·n. |
(8) |
Здесь М1 и М2 – моменты на валу машины, Н·м; n - частота вращения якоря, об/мин.
Коэффициент полезного действия
КПД это отношение полезной мощности Р2 к потребляемой Р1:
|
η=Р2/Р1 |
(9) |
Определив суммарную мощность потерь
|
ΣP=Р м+Рмех+Рэ.а+Рэ.в+Рэ.щ+Рд, |
(10) |
получим формулы для определения КПД:
- для генератора
|
η г=Р2/Р1=Р2/(Р2+ ΣP)= U·I/(U·I+ΣP); |
(11) |
для двигателя
|
η д= Р2/Р1=(Р1- ΣP)/Р1= (U·I+ΣP)/(U·I). |
(12) |
КПД машин постоянного тока мощностью от 1 до 100 кВт составляет 0,75-0,90, а для машин мощностью свыше 100 кВт 0,90-0,97.
Зависимость КПД от нагрузки выражается графиком η=f(P2)
Рисунок 76 Зависимость η=f(P2)
Из графика видно, что при увеличении нагрузки КПД начинает увеличиваться, достигая максимального значения при нагрузке около 80% от номинальной, а затем начинает резко убывать из-за интенсивного роста электрических потерь.
КПД электрической машины можно определять:
а) методом непосредственной нагрузки по результатам измерений потребляемой мощности Р1 и полезной мощности Р2, но он применим только для машин малой мощности;
б) косвенным методом по результатам измерений потерь.
Существует несколько косвенных способов определения КПД. Наиболее прост способ холостого хода двигателя, когда потребляемая мощность затрачивается только на потери х.х. Р0=Рм+Рмех. Электрические и добавочные потери при этом определяют расчетным путем.
