Потери энергии и коэффициент полезного действия

Любое преобразование энергии, в том числе и электромеханическое, сопровождается потерями, т.е. тепловыделением в различных элементах машины. Имеет место три основных вида потерь: механические, магнитные и электрические;

Механические потери обусловлены трением в подшипниках, скользящих электрических контактах, а также затраты на вентиляцию. Механические потери определяются только частотой вращения и не зависят от величины нагрузки (тока обмотки якоря).

Потери в подшипниках определяются их типом (качения - скольжения, шариковые – роликовые), состояние трущихся поверхностей, видом смазки.

Потери на трение в щёточных контактах

,

где - коэффициент трения;

- удельное давление на щетку;

- площадь контактной поверхности всех щеток;

- окружная скорость коллектора:

где - диаметр коллектора;

- скорость вращения коллектора в об/мин.

В самовентилируемых машинах потери на вентиляцию определяются по эмпирической формуле:

где коэффициент зависит от конструкции машин;

-расход воздуха;

- окружная скорость вентилятора по наружному диаметру лопаток.

Общие механические потери:

В машинах средней мощности (10÷500 кВт) эти потери приблизительно составляют 2 ÷ 0,5 % от номинальной мощности.

Магнитные потери включают в себя потери на гистирезис (перемагничивание) и вихревые токи.

Потери на гистерезисе определяются площадью его петли, пропорциональны частоте и квадрату индукции

Потери на вихревые токи:

где К - коэффициент определяемый качеством стали магнитопровода;

- толщина листов шихтовки магнитопровода;

- удельное электрическое сопротивление материала магнитопровода.

К магнитным потерям добавляются некоторые неучтенные потери

Таким образом, магнитные потери в электрических машинах:

В общем виде:

Существующие электрические стали имеют магнитные потери 1 ÷ 2,5 Вт/кг при = 1 Тл, = 50 Гц.

Электрические потери , или потери в обмотках, Они зависят от нагрузки электрической машины. В свою очередь сопротивление обмотки зависит от его температуры.

КПД электрической машины:

где , - подведённая и полезная мощности соответственно;

Составляющие потерь приблизительно:

общих потерь

КПД электрических машин колеблется в пределах 0,7 до 0,985