Потери энергии и коэффициент полезного действия генераторов постоянного тока

Любой процесс преобразования энергии из одного вида в другой сопровождается необратимыми потерями энергии, которые в конечном счете обращаются в тепло и рассеиваются в окружающую среду.

В генераторах постоянного тока различают следующие виды потерь:

• — механические потери Р_жк на трение в подшипниках, на трение щеток о коллектор, на работу вентилятора и на трение якоря о воздух; в машинах малой и средней мощности механические потери составляют 3—4% от номинальной мощности генератора; с увеличением номинальной мощности процент механических потерь снижается;
• — потери в сердечнике якоря на гистерезис и вихревые токи; (потери в стали Д_г); потери на гистерезис пропорциональны частоте перемагничивания якоря, т. е. скорости его вращения, а потери на вихревые токи — квадрату этой скорости;
• — потери в обмотках якоря и возбуждения (потери в меди Р_м); в соответствии с законом Джоуля — Ленца они пропорциональны сопротивлению обмотки и квадрату силы тока, протекающего по ней;
• — потери в щеточных контактах Р_т = Д?/_Щ/_Я (здесь AU_m — падение напряжения на щетках; 1_Я — ток якоря);
• — добавочные потери Р_ло6 вследствие пульсаций магнитного потока, вызываемых зубцами якоря, и ряда других причин; их принимают равными 1% от номинальной мощности генератора.

Механические потери и потери в стали не зависят от нагрузки генератора. Потери в меди и щеточном контакте существенно изменяются при изменении нагрузки.

Рис. 7.27.

На энергетической диаграмме генератора (рис. 7.27) наглядно представлены различные виды потерь.

Коэффициентом полезного действия генератора (КПД) называют отношение электрической мощности Р₂, отдаваемой генератором в сеть, к механической мощности Д, развиваемой приводным двигателем на валу генератора:

ц = Д/Д.

Подсчет КПД по этой формуле приводит к очень неточным результатам, так как погрешности измерения относительно высоких мощностей Д и Р₂ выражаются в больших абсолютных цифрах.

Более точный результат дает формула, в которой потери выражены в явном виде:

Д+ Д, х + Д_г + Д + Д, + ^/, + ^ '.

Сумма (Р_жк + Р_а) составляет потери холостого хода и равна мощности, потребляемой генератором в режиме холостого хода за вычетом мощности, расходуемой в цепи возбуждения.

Рис. 7.28.

КПД генератора зависит от нагрузки (рис. 7.28). В частности, в режиме холостого хода КПД генератора равен нулю.

Генераторы рассчитывают таким образом, чтобы максимальный КПД достигался при значениях тока, близких к номинальному. Величина КПД генераторов постоянного тока мощностью до 100 кВт при номинальной нагрузке составляет 75—92%.

Чем больше мощность машины, тем выше ее КПД.

Карточка № 7.12(158).

Потери энергии и коэффициент полезного действия генераторов постоянного тока.

Продолжение карт. № 7.12