Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий

§ 1.5. ПОТЕРИ МОЩНОСТИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНАХ

Классификация потерь. При работе электрической машины в ее активных материалах возникают потери энергии. К ним относятся магнитные потери в стали магнитопровода и электрические потери в проводниках обмоток. При вращении машины возникают механические потери, вызываемые трением. Кроме того, имеют место добавочные потери в обмотках и в стали магнитопровода.

Магнитные потери. Явление электромагнитной индукции связано с изменением магнитного потока, вследствие чего на участках магнитопровода возникают потери на перемагничивание и вихревые токи. Потери на перемагничивание зависят от характера перемагничивания, которое может быть вращательным (возникающим при вращении стального магнитопровода в магнитном поле), циклическим (производимое переменным током) и статическим (при медленном изменении намагничивающего тока в определенных пределах). Потери на вихревые токи в листах стали зависят от свойств материала и толщины листов. Для снижения этих потерь уменьшают толщину листов и изолируют их друг от друга.

При расчете потери на перемагничивание и вихревые токи обычно не разделяют. Потери в стали рассчитывают отдельно для каждого участка магнитопровода, имеющего одинаковую магнитную индук-

Механические потери. Механические потери Р_мех складываются из потерь на трение в подшипниках и на трение в скользящих контактах между щетками и коллектором или контактными кольцами, а также из потерь на вентиляцию. Потери на трение зависят от материала трущихся деталей, механического давления на поверхность трения, состояния этой поверхности и скорости вращения вала машины. Потери в скользящих контактах зависят от сорта щеток и давления на щетки. Потери в шариковых и роликовых подшипниках составляют около 10% от потерь в подшипниках скольжения.

Точный расчет потерь на трение весьма сложен, поэтому на заводах обычно пользуются опытными данными. Потери на трение

Рис. 1.7. Энергетическая диаграмма

вращающихся частей о воздух и вентиляцию обычно определяют также на основе опытных данных. В микромашинах потери на трение имеют значительно большую относительную величину, чем в других электрических машинах.

Добавочные потери. Добавочные потери Р_д вызываются неравномерным распределением тока по сечению меди в обмотках и потока в магнитопроводе. Кроме того, добавочные потери возникают в поверхностных слоях магнитопровода при различных пульсациях потока которые могут быть вызваны зубчатостью ротора или статора. Добавочные потери возникают также в стяжных болтах гайках, скобах и других деталях и конструктивных элементах машины, по которым могут замыкаться какие-либо пульсирующие потоки.

В короткозамкнутых роторах асинхронных двигателей возникают добавочные потери вследствие растекания токов между неизолированными стержнями клетки ротора по листам стального пакета магнитопровода.

Расчет добавочных потерь представляет большие трудности, поэтому часто они определяются приближенно (0,5—2% номинальной мощности машины).

Энергетическая диаграмма и коэффициент полезного действия. На энергетической диаграмме (рис. 1.7) схематично показан баланс

мощностей электрической машины. Здесь P₁ — подведенная к машине мощность, которую называют первичной или потребляемой, Р₂ — отдаваемая машиной мощность, называемая вторичной или полезной. В случае генераторного режима P₁ — механическая мощность первичного двигателя, Р₂ — электрическая мощность, отдаваемая генератором в сеть. В случае двигательного режима Р₁ — электрическая мощность, которая потребляется из сети, Р₂ — механическая мощность на валу двигателя. На диаграмме видно, что

Рис. 1.8. Изменение превышения температуры машины: а — превышения температуры после включения машины; б — спадание превышения температуры после отключения; в — изменение превышения температуры при повторно-кратковременном режиме работы

Нагревание и охлаждение машин. Потери, возникающие в машине, нагревают отдельные ее части и снижают к. п. д. Мощность машины определяется допустимой температурой нагрева, которая ограничивается в основном тепловым старением изоляционных материалов. При повышении температуры на 10° С выше установленной стандартом срок службы изоляции уменьшается примерно вдвое. При включении холодной машины превышение температуры τ над температурой окружающего воздуха вначале нарастает быстро (рис. 1,8, а). Затем, по мере нагревания машины, увеличивается отдача тепла в окружающее пространство, и рост превышения тем-

пературы τ становится менее интенсивным. Возрастание температуры происходит до тех пор, пока количество тепла, выделяемого в машине и отдаваемого в окружающее пространство, не становится равным. В этом случае наступает тепловое равновесие, при котором превышение температуры τ достигает конечного, установившегося значения τ_к.

Если предположить, что все тепло, выделяемое в машине, остается в ней (адиабатический процесс), то через некоторый интервал времени, численно равный постоянной времени нагрева Т, превышение температуры т увеличивается до значения τ_к. Изменение температуры происходит по закону, близкому к показательной функции. При нагревании от холодного состояния (τ₀ = 0) превышение температуры τ = τ_к (1 — е)^-t/T . В реальных условиях превышение температуры практически достигает значения, близкого к τ_к за время, соответствующее 3Т (рис. 1.8, а). После отключения от сети машина охлаждается (рис. 1.8, б). Кривая понижения температуры после отключения машины является зеркальным отражением кривой нарастания превышения температуры машины после включения. Если включение и отключение производятся через небольшие одинаковые промежутки времени, то процессы нарастания и спада температуры нагрева периодически чередуются (рис. 1.8, е). При сравнении кривых, показанных на рис. 1.8, видно, что при частом периодическом включении и отключении машины нарастание температуры происходит по соответствующему участку кривой а, спад — по участку кривой б. Например, участок кривой нарастания температуры 0—1 совпадает с кривой а, участок спадания температуры 1—2 совпадает с соответствующим участком кривой б и т. д. При частом повторном включении через равные промежутки времени установившееся превышение температуры машины меньше, чем при длительной работе с той же мощностью.

Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий