Определение потерь и КПД

Потери в машинах делят на основные и добавочные.

14.1. Основные потери.

Основные потери в обмотке статора, кВт,

Потери на возбуждение для генераторов, возбуждаемых от отдельно установленных устройств, кВт,

где ΔU_щ = 1 В – переходное падение напряжения в щеточном контакте.

Сопротивления обмоток r₁, и r_в приводят к расчётной рабочей температуре: 75 °С для обмоток с изоляцией класса нагревостойкости А, Е, В или 115 °С для обмоток с изоляцией класса F и Н.

Потери в стали ярма магнитопровода статора, кВт,

Потери в стали зубцов магнитопровода статора, кВт,

где p_1/50 =1,4 Вт/кг – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте 50 Гц для электротехнической стали марки 1512; k_да =1,3;
k_дz = 1,7– коэффициенты, учитывающие увеличение потерь из-за частичного замыкания листов стали вследствие заусенцев, а также изменения структуры стали при штамповке; В_a, В_z1/3 – индукция в ярме статора и на высоте 1/3 зубца статора при E=U_нф.

Механические потери, равные сумме потерь в подшипниках и на вентиляцию, кВт,

14. 2. Добавочные потери.

Добавочные потери возникают в машине как при холостом ходе, так и при нагрузке.

Потери на холостом ходе, кВт,

где В_о = В_δо (k_δ1 -1); k_o равно 4,6; 8,6 и 23,3 соответственно при полюсах из листов толщиной 1; 2 мм и при массивных полюсных наконечниках.

Добавочные потери при нагрузке Р_доб приближенно для машин до 1000 кВт принимают равными 0,5 % от Р_н, а свыше 1000 кВт – (0,25+0,4) %, где – номинальная мощность генератора.

Общие потери при номинальной нагрузке

Коэффициент полезного действия

15. Расчёт и построение основных характеристик

О рабочих свойствах электрической машины судят по ее характеристикам. Основными характеристиками генераторов являются внешняя, регулировочная, U-образная и угловая, причем определяются они при n=const.

Для построения характеристик могут быть использованы диаграммы Блонделя или Потье. Ниже приведен порядок построения основных характеристик с использованием совмещенной диаграммы Потье.

Регулировочная характеристика – зависимость при U_*=constи cosφ=сonst(рис. 15.1). Для построения одной характеристики задают ряд (три–пять) значений тока I_* в пределах от 0 до 1 и при одних постоянных значениях U_* и cosφ строят совмещенные векторные диаграммы, по полученным величинам ЭДС из которых с помощью характеристики холостого хода находят токи I_в*, равные в относительных единицах МДС F_во*, исоответствующие заданным токам I_*. Регулировочные характеристики при U_*>U'>U_нстроят аналогичным образом.

Рис. 15.1

Внешняя характеристика – зависимость при I_вн*=const и cosφ_н=сonst(рис. 15.2). Одна точка этой характеристики имеет координаты U_*=1; I_*= 1. При I_*= 0 напряжение U_*=E_он* берут из векторной диаграммы дляслучая I_*= I_н*. Промежуточные точки характеристики находят пересечением семейства регулированных характеристик прямой I_в* =I_вн*.

U-образные характеристики I_*=f(I_в*) при P=mUIcosφ=const(рис. 15.3) получают путем построения ряда векторных диаграмм при U_*=1=constи I_*cosφ=const (рис. 15.4).

Для каждого значения I_(1)*, I_(2)* и т.д. определяют Е_*, по значениям которых с помощью характеристики холостого хода находят значения I_в*. Построение угловой характеристики P=f(θ) при U_*=1 и E_он = constс учетом насыщения связано с большими трудностями. Ниже приведен расчёт этой характеристики без учета насыщения, при этом параметры принимают постоянными, равными их значениям для ненасыщенной машины. Порядок построения описан в примере расчета синхронного генератора.

Угловую характеристику при U_* = 1 в относительных единицах строят по уравнению

ЭДС Е'_о* определяют по продолжению прямолинейной части характеристики холостого хода при I_в*= I_вн*.

Рис. 15.2 Рис. 15.3

Рис. 15.4

По угловой характеристике определяют статическую перегружаемость k_м=Р_м/Р_н. Если пренебречь активным сопротивлением (что допустимо для машин средней и большой мощности), то можно считать, что Р_м*/Р_н*=М_м*/М_н*, где М_м* и М_н*– максимальный и номинальный моменты в относительных единицах.

Характеристики могут быть также построены с использованием диаграмм Потье. Порядок подобного построения изложен в примере расчета.

16. Расчёт токов короткого замыкания

При расчёте механических усилий, действующих на лобовые чисти обмотки статора и их бандажи, исходят из наибольшего мгновенного значения тока трехфазного короткого замыкания при токе I_в , имевшем место перед замыканием. Этот ток называют ударным током короткого замыкания. Его приблизительно (при I_в=I_вн) определяют по формуле

Более точно I_уд* определяют по следующей формуле:

Для машин без демпферной обмотки в приведенные выше формулы вместо x″_d* следует подставлять x'_d*.

Практический интерес представляют кратности установившихся токов короткого замыкания, т.е. отношения установившегося тока короткого замыкания к номинальному.

Кратность при возбуждении холостого хода, т.е. при возбуждении, которое при номинальной частоте вращения и холостом ходе дает на выводах машины номинальное напряжение, обозначают ОКЗ (отношение короткого замыкания):

где Е′_он* – ЭДС, определяемая по продолжению прямолинейной части характеристики холостого хода при I_в*=1.

Кратность при номинальном токе возбуждения