2.4. Потери мощности и кпд машины постоянного тока
– мощность,
подводимая к машине.
– полезная мощность.
У генератора: – механическая мощность, подводимая от приводного двигателя. – электрическая мощность снимаемая с обмотки якоря. У двигателя: – электрическая мощность, подводимая к обмотке якоря от сети постоянного тока. – механическая мощность, возникающая на валу двигателя.
Эти мощности всегда различаются на величину потерь.
,
(59)
где – потери мощности в МПТ.
Эти потери можно представить как сумму:
,
Где
– электрические потери, идущие на нагрев
обмоток;
– магнитные потери (потери в стали) – на гистерезис и вихревые токи;
– механические
потери – на трение;
– дополнительные
потери, определяемые действием магнитного
поля на обмотку возбуждения.
Электрические потери изменяются с изменением нагрузки и называются переменными. Остальные не зависят от нагрузки и называются постоянными.
У существующих машин эти потери составляют:
,
;
Коэффициент полезного действия (КПД) – это отношение полезной мощности к затраченной:
или
(60)
Для машин постоянного тока легче определить электрические потери , поэтому КПД для генераторов и двигателей записывают так:
(61)
КПД
зависит от номинальной мощности машины
и ее нагрузки. У микромашин до 10 Вт
(30-40)%,
у машин средней мощности (до 10 кВт)
достигает 83%, у мощных машин
96%.
Зависимость КПД от нагрузки выразим графиком (рис. 20).
Рис. 20. Зависимость КПД МПТ от нагрузки
Из графика видно, что, во-первых, максимальный КПД достигается при нагрузке, меньшей номинальной, и, во-вторых, при малых нагрузках КПД резко падает, поэтому недогруженную машину использовать неэффективно.
Способы возбуждения и классификация мпт
В зависимости от способа возбуждения машины постоянного тока делятся на машины с независимым возбуждением (рис. 21, а) и машины с самовозбуждением. В свою очередь, машины с самовозбуждением делятся на машины параллельного возбуждения (рис. 21, б) последовательного (рис.21, в) и смешанного (рис. 21, г) возбуждения.
В
машинах независимого возбуждения
обмотка возбуждения получает питание
от отдельного независимого постоянного
источника. В машинах параллельного
возбуждения обмотка возбуждения
включается параллельно обмотке якоря,
в машине последовательного возбуждения
эти обмотки соединяются последовательно,
а в машине смешанного возбуждения
имеется 2 обмотки возбуждения: одна
включается параллельно обмотке якоря,
а другая – последовательно.
а) б) в) г)
Рис. 21. Способы возбуждения МПТ
2.6. Реакция якоря и коммутация в мпт
Реакция якоря – влияние магнитного поля якоря на основное магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения. При холостом ходе основное магнитное поле является симметричным и практически равномерным. При нагрузке поле тока якоря искажает эту картину (рис. 22).
Рис. 22. Магнитное поле, созданное током обмотки возбуждения (а) и магнитное поле тока обмотки якоря (б)
Еще большие искажения появляются при нагрузке машины, то есть, при вращении якоря (рис. 23).
Рис. 23. Магнитное поле машины при работе на нагрузку
Реакция якоря ведет к негативным последствиям:
1) уменьшению ЭДС машины;
2) уменьшению электромагнитного момента;
3) ухудшению условия изоляции обмоток;
4) возникают сложности в процессе работы щеточно-коллекторного узла и т.д.
В процессе проектирования нежелательные последствия реакции якоря уменьшают. Для снижения влияния реакция якоря применяют следующие меры:
1. Используют дополнительные полюсы с обмотками, которые включают последовательно с обмоткой якоря. Эти дополнительные обмотки располагают на полюсах так, что создаваемое ими магнитное поле направлено навстречу магнитному полю якоря и частично гасило бы его.
2. Щетки располагают на физической нейтрали, то есть в тех точках коллектора, к которым присоединяются обмотки с минимальным ЭДС.
3. Применяют специальные конструктивные приемы и т.д.
Коммутация возникает в щеточно-коллекторном узле при переходе щетки от одной пластины коллектора к другой. В силу возникающих переходных процессов между коллектором и щеткой происходит искрение. Это, во-первых, приводит к обгоранию щеток и, во-вторых, при высокой скорости вращения якоря это искрение становится значительным и может привести к поломке машины.
Для снижения вредных влияний коммутации, во-первых, проводят специальные эксплуатационные мероприятия (осмотр, чистка щеток и т.д.) и, во-вторых, размещают щетки на физической нейтрали или вблизи нее.