Потери в электрических машинах

Потери в ЭМ делятся на основные и добавочные. Основные потери – это потери за счет основных электромагнитных и механических процессов. Это потери в обмотках, магнитные потери, механические потери, электрические потери в щеточном контакте.

Добавочные потери появляются в результате вторичных процессов электромагнитного характера, которые протекают в машине.

Добавочные электрические потери – в обмотках от полей рассеяния и от коммутационных процессов. Добавочные магнитные потери – от пульсаций поля из-за зубчатого строения статора и ротора, от полей внешних гармоник, от искажения поля машины при реакции якоря, от полей рассеяния.

Электрические потери в обмотках.

В ЭМ две электрические цепи – цепь якоря и цепь возбуждения. Потери в цепи якоря

Р_эа=m∙I²_a∑r_a,

где ∑r_a – сумма сопротивлений в цепи якоря.

Сопротивление обмотки якоря МПТ

r_a=

где – удельное сопротивление люди при температуре ;

N – число активных проводников обмотки якоря;

, – средняя длина проводника и его сечение;

2а – число параллельных ветвей обмотки якоря.

Сопротивление обмотки на полюсах

r =

где 2р – число полюсов машины;

– число витков обмотки на одном полюсе;

,q – средняя длина и сечение проводника;

а – число параллельных ветвей обмотки.

Сопротивление обмотки статора машин переменного тока

r_a=

где – число эффективных витков обмотки фазы статора;

– число элементарных проводников в одном эффективном витке;

– сечение элементарного проводника.

По ГОСТ за расчетную температуру принимается рабочая температура обмоток = 75⁰С( классы изоляции А, Е и В) и = 115⁰С (классы точности F и Н).

Для меди ρ₇₅= Ом∙м; ρ₁₁₅= Ом∙м.

Полные потери в цепи возбуждения Р_b=I_b∙U_E при параллельном возбуждении.

При независимом возбуждении

Р_b=I²_b∙r_b.

Потери в последовательной обмотке возбуждения относятся к потерям в цепи якоря.

2 Магнитные потери

Это потери от гистерезиса и потери от вихревых токов.

Для определения магнитных потерь магнито провод якоря разбивают на две части – зубцы и ярмо, в каждой из них магнитная индукция принимается постоянной.

Магнитные потери в зубцах

Р_мz=K_gz∙ρ_1/50∙B_z²∙( )^1,3∙m_z,

Магнитные потери в ярме якоря

Р_ма=K_ga∙ρ_1/50∙B_a²∙( )^1,3∙m_a,

где B_a , B_z – среднее значение магнитной индукции в зубцах и ярме якоря;

m_z, m_a – масса стали зубцов и ярма;

f – частота перемагничивания (f = );

K_gz , K_ga – коэффициент увеличения потерь из-за несовершенства технологии изготовления сердечника якоря;

K_gz = K_ga = 2,3 для МПТ и K_gz = K_ga = 1,3…1,8 для машин переменного тока.

Общие магнитные потери Р_м=Р_мz + Р_ма.

Добавочные потери.

Добавочные потери магнитные потери, которые обусловлены зубчатым строением сердечника. Подразделяются на поверхностные и пульсационные.

Поверхностные потери возникают в полюсах или зубцах в следствии пульсации индукции на их поверхности при перемещении ротора относительно статора. Частота пульсаций равна f_z= . Частота пульсаций значительная, поэтому индуцируемые полем вихревые токи и вызванные ими потери имеют малую глубину проникновения и возникают в ?????79 ?? тонких слоях сердечников, обращенных к воздушному зазору. Отсюда названия поверхностные потери.

Пульсационные потери возникают в машинах, имеющих зубцы на статоре и роторе. При изменении взаимного расположения зубцов статора и ротора при вращении в них происходит изменение потока, что вызывает появление добавочных потерь во всем объеме зубцов.

Механические потери.

Механические потери состоят из потерь на трение щеток о коллектор или кольца, потерь на трения в подшипниках и вентиляционных потерь.

Потеря на трение щеток о коллектор и кольца вычисляют по формуле

Р_трщ=К_тр∙f_щ∙S_щ∙υ_к,

где К_тр – коэффициент трения щеток о коллектор или кольца, принимается К_тр=0,25;

f_щ – давление на щётку(в среднем принимается f_щ ≈(15…25)∙10³ Па);

S_щ – суммарная площадь контактов всех щеток, м²;

υ_к – окружная скорость коллектора, м/с.

Потери в подшипниках зависит от их конструкции, состояния трущихся поверхностей и применяемой смазки. Для машин малой и средней мощности применяются шариковые или роликовые подшипники с консистентной смазкой в крупных машинах применяются подшипники скольжения с принудительной смазкой.

Коэффициенты трения для различных видов подшипников находятся из справочников.

Вентиляционные потери зависят от конструкции машины и от типа применяемого вентилятора. В машинах с самовентиляцией это потери пропорциональны квадрату скорости по внешнему диаметру вентилятора.

Электрические потери в щеточном контакте определяются по формуле

Р_эщ= U_щ∙I_a.

Переходные падения напряжения U_щ на пару щеток принимаются равным:

для угольных и графитных щеток – U_щ =2В;

для металлоугольных и металлографитных щеток – U_щ =0,6В.

При расчетах принимается, что U_щ не зависит от тока якоря.