Потери и КПД синхронных машин

Преобразование энергии в синхронной машине связано с потерями энергии. Все виды потерь в синхронной машине разделяются на основные и добавочные.

Основные потери в синхронной машине слагаются из электрических потерь в обмотке статора, потерь на возбуждение, магнитных потерь и механических потерь.

Электрические потери в обмотке статора (Вт).

Р_э1 = m₁ I₁² r₁ (2.37).

где r₁ — активное сопротивление одной фазы обмотки статора при расчетной рабочей температуре, Ом.

Потери на возбуждение (Вт):

а) при возбуждении от отдельного возбудительного устройства.

Р_в = I_в² r_в + ДU_щ I_в (2.38).

где r_в — активное сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре, Ом; ДU_щ = 2 В — падение напряжения в щеточном контакте щеток;

б) при возбуждении от генератора постоянного тока (возбудителя), сочлененного с валом синхронной машины,.

Р_в = (I_в² r_в + ДU_щ I_в)/ з_в. (2.39).

где з_в. = 0,80 ч 0,85 — КПД возбудителя.

Магнитные потери синхронной машины происходят в сердечнике статора, который подвержен перемагничиванию вращающимся магнитным полем. Эти потери состоят из потерь от гистерезиса Р_г и потерь от вихревых токов Р_в.т:

Р_м = Р_г + Р_в.т. (2.40).

Механические потери (Вт), равные сумме потерь на трение в подшипниках и потерь на вентиляцию (при самовентиляции машины),.

Р_мех ? 3,68р () ³ (2.41).

v₂ = р (D₁ — 2д) n₁/ 60 (2.42).

— окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, м/с; l₁ — конструктивная длина сердечника статора, мм.

Добавочные потери в синхронных машинах разделяются на два вида: пульсационные потери в полюсных наконечниках ротора и потери при нагрузке.

Добавочные пульсационные потери Р_п в полюсных наконечниках ротора обусловлены пульсацией магнитной индукции в зазоре из-за зубчатости внутренней поверхности статора. Значение этих потерь (Вт).

Р_п = k_п р b_п l₁ (10^-4 Z₁ n₁)^1,5 [B_д (k_д1 — 1) t₁]² 10^-6, (2.43).

где k_п — коэффициент, учитывающий толщину листов полюсов ротора (при толщине листов 1 мм k_п = 4,6; при толщине листов 2 мм k_п = 8,6; при массивных полюсных наконечниках k_п = 23,3); b_р — ширина полюсного наконечника, мм; Z₁ — число пазов на статоре;

B_д — магнитная индукция в зазоре, Тл; k_д1 — коэффициент воздушного зазора статора; t₁ — зубцовое деление статора, мм.

Добавочные потери при нагрузке P_доб в синхронных машинах определяют в процентах от подводимой мощности двигателей или от полезной мощности генераторов. Для синхронных машин мощностью до 1000 кВт добавочные потери при нагрузке принимают равными 0,5%, а для машин мощностью более 1000 кВт — 0,25—0,4%. Суммарные потери в синхронной машине (кВт).

?Р = (Р_э1 + Р_в + Р_м1 + Р_мех + Р_п + Р_доб) 10^-3 (20 44).

Коэффициент полезного действия: для синхронного генератора.

з_г = 1 — ?Р / (Р_ном + ?Р) (2.45).

Р_ном = m₁ U_1ном I_1ном cos ц₁10^-3 (2.46).

— активная мощность, отбираемая от генератора при его номинальной нагрузке, кВт;

для синхронного двигателя.

з_д = 1 — ?Р / Р_1ном (2.47).

Здесь U_1ном и I_1ном — фазные значения напряжения и тока статора.

КПД синхронной машины зависит от величины нагрузки (в = Р₂/ Р_ном) и от ее характера (соs ц₁). Графики этой зависимости аналогичны изображенным на рис. 1. КПД синхронных машин мощностью до 100 кВт составляет 80—90%, у более мощных машин КПД достигает 92—99%. Более высокие значения КПД относятся к турбои гидрогенераторам мощностью в десятки и даже сотни тысяч киловатт.