Потери

Г Л А В А СЕДЬМАЯ ПОТЕРИ И К.П.Д ЭМ 7.1. Потери При работе ЭМ часть потребляемой ею энергии теряется бесполезно и рассеивается в виде тепла. Мощность потерянной энергии называют потерями мощности или просто потерями. Потери в ЭМ подразделяются на основные и добавочные. Основные потери возникают в результате происходящих в ЭМ основных электромагнитных и механических процессов, а добавочные потери обусловлены различными вторичными явлениями. Во вращающихся ЭМ основные потери подразделяются на: 1.механические потери 2.магнитные потери (потери в стали) 3. электрические потери. К электрическим потерям относятся потери в обмотках, которые называются также потерями в меди, хотя обмотки и не всегда изготавливаются из меди; потери в регулировочных реостатах и потери в переходном сопротивлении щеточных контактов. Механические потери состоят из: 1) потерь в подшипниках 2) потерь на трение щеток о коллектор или контактные кольца 3) вентиляционные потери. Механические потери зависят от частоты вращения машины и не зависят от ее нагрузки. Магнитные потери включают в себя потери на гистерезис и вихревые токи, вызванные перемагничиванием сердечников активной стали. К магнитным потерям относят также такие добавочные потери, которые зависят от значения основного магнитного потока и вызваны зубчатым строением сердечников. Эти потери иногда называют также добавочными потерями холостого хода, т.к. они существуют в возбужденной машине уже при х.х. К магнитным потерям в МПТ относятся и поверхностные потери в полюсных наконечниках, обусловленные зубчатостью якоря. Кроме того, к магнитным потерям относятся пульсационные потери в зубцах якоря. Таким образом общие магнитные потери состоят из: 1)потери на гистерезис 2) потери в стали 3)поверхностные потери 4) пульсационные потери Электрические потери в каждой обмотке вычисляют по формуле pэл =I2r. Сопротивление обмотки зависит о температуры. Поэтому ГОСТ предусматривает определение потерь в обмотках при расчетной температуре 750С для классов изоляции обмоток А, Е, В и 1150С для классов изоляции F, H. Добавочные потери. К этой группе потерь относят потери, вызванные различными вторичными явлениями при нагрузке машины. Поэтому указанные потери, зависящие от тока нагрузки, называют иногда добавочными потерями при нагрузке. В МПТ одна часть рассматриваемых потерь возникает вследствие искажения кривой магнитного поля в воздушном зазоре при нагрузке под влиянием поперечной реакции якоря. В результате этого магнитный поток распределяется неравномерно. Такое неравномерное распределение магнитного потока вызывает увеличение магнитных потерь. При наличии компенсационной обмотки рассмотренная часть добавочных потерь практически отсутствует. Другая часть добавочных потерь в МПТ связана с коммутацией. 1) 2) 3) 4) Таким образом, суммарные или полные потери представляют собой сумму: механических потерь магнитных потерь электрических потерь добавочных потерь 7.2. Коэффициент полезного действия Коэффициент полезного действия определяется как отношение полезной, или отдаваемой, мощности к потребляемой мощности P2  P1 Кривая КПД ЭМ от отдаваемой мощности приведена на рис.7.1. Из графика очевидно, что кривая КПД сначала быстро растет с увеличением нагрузки, затем КПД достигает максимума (при нагрузке близкой к номинальной) и при больших нагрузках – уменьшается. max  P2 Рис. 7.1. ГЛАВА ВОСЬМАЯ НАГРЕВАНИЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ ЭМ 8.1. Теплопередача в ЭМ Потери энергии вызывают выделение тепла и нагревание частей ЭМ. Передача тепла от более нагретых частей ЭМ к менее нагретым и в окружающую среду происходит путем теплопроводности, лучеиспускания и конвекции. Теплопередача путем теплопроводности в ЭМ происходит внутри твердых тел (медь, сталь, изоляция), в то время как в газах (воздух, водород) и в жидкостях (масло, вода) главное значение имеет передача тепла конвекцией. Для более интенсивного отвода тепла обычно применяют обдув внутренних, а иногда и внешних поверхностей ЭМ воздухом 8.2. Нагревание и охлаждение идеального однородного твердого тела Уравнение нагревания. В основу анализа процесса нагревания ЭМ положена теория нагревания идеального однородного твердого тела, под которым понимается тело, обладающее рассеиванием тепла со всей поверхности и бесконечно большой теплопроводностью, вследствие чего все точки тела имеют одинаковую температуру. Для составления дифференциального уравнения нагревания такого тела рассмотрим его тепловой баланс. Пусть в единицу времени в тебе выделяется количество теплоты Q. Тогда за бесконечно малый промежуток времени выделяемое количество теплоты будет равно Qdt. Эта теплота частично аккумулируется в теле при повышении температуры и частично отдается во внешнюю среду. Если за время dt температура тела повысилась на d , то количество аккумулируемой за это время теплоты равно G c d где G – масса тела и с – его удельная теплоемкость. Пусть в рассматриваемом бесконечно малом промежутке времени превышение температуры тела над температурой окружающей среды равно  . Тогда количество теплоты, отдаваемое в окружающую среду за время dt вследствие лучеиспускания, конвекции и теплопроводности, будет равно S  dt , где S – площадь тела и  - коэффициент теплоотдачи с поверхности. На основе закона сохранения энергии Qdt G cd  S  dt Преобразуя полученное уравнение и введя понятие постоянной времени нагревания Т (время, в течение которого температура тела достигла бы установившегося значения если отсутствовала передача тепла в окружающую среду и все выделяемое тепло накапливалось в теле) найдем решение в виде   уст (1  e t T ) Кривые нагревания и охлаждения приведены на рис.8.1. В действительности же ЭМ не представляет собой такого тела, т.к. состоит из различных частей, обладающих конечной теплопроводностью, причем теплопроводность электрической изоляции достаточно мала. Поэтому различные части ЭМ (обмотка, сердечники и др.) имеют различные температуры. Таким образом, кривые нагревания и охлаждения не являются экспоненциальными. а Т 2Т 3Т 4Т Рис. 8.1. Т 2Т 3Т t 4Т уст 982уст 950уст 865уст уст уст 982уст Т 950уст б 865уст  уст а б в t 8.3. Основные номинальные режимы работы ЭМ Согласно ГОСТ ЭМ изготавливаются для трех основных номинальных режимов работы. Продолжительный номинальный режим работы (S1) ЭМ называется режим работы при неизменной номинальной нагрузке, продолжающейся столько времени, что превышения температуры всех частей ЭМ при неизменной температуры окружающей среды достигают практически установившихся значений. Кратковременным номинальным режимом работы (S2) ЭМ называется режим работы, при котором периоды неизменной номинальной нагрузки при неизменной температуре окружающей среды чередуются с периодами отключения ЭМ: при этом периоды нагрузки не настолько длительны, чтобы превышения температуры всех частей ЭМ могли достигнуть установившихся значений, а периоды остановки ЭМ настолько длительны, что все части ее приходят в практически холодное состояние. Повторно-кратковременным номинальным режимом работы (S3) ЭМ называется режим работы, при котором кратковременные периоды неизменной номинальной нагрузки при неизменной температуре окружающей среды чередуются с кратковременными периодами отключения ЭМ, причем как рабочие периоды, так и пауз не настолько длительны, чтобы превышения температуры отдельных частей ЭМ могли достигнуть установившихся значений. ПКР характеризуется ПВ: ПВ=tраб/(tраб+tост) Стандартные значения ПВ: 15%, 25%, 40%, 60%.