Коэффициент полезного действия

Общие положения. Коэффициент полезного действия определяется как отношение полезной, или отдаваемой, мощности к потребляемой мощности :

(6.1)

или в процентах

. (6.2)

Современные электрические машины имеют высокий к.п.д. Так, у машин постоянного тока мощностью 10 кВт к.п.д. составляет
83-87%, мощностью 100 кВт – 88-93% и мощностью 1000 кВт –
92-96%. Лишь малые машины имеют относительно низкие к.п.д.

Рисунок 5. – Зависимость коэффициента

полезного действия электрической

машины от нагрузки.

Кривая к.п.д. электрической машины сначала быстро растет с увеличением нагрузки, затем к.п.д. достигает максимального значения (обычно при нагрузке, близкой к номинальной) и при больших нагрузках уменьшается (рис. 5). Последнее объясняется

тем, что отдельные виды потерь (электрические и добавочные) растут быстрее, чем полезная мощность.

Условия максимума к.п.д. Различные виды потерь различным образом зависят от нагрузки. Обычно можно считать, что одни виды потерь остаются постоянными при изменении нагрузки, а другие являются переменными. Например, если генератор постоянного тока работает с постоянной скоростью вращения и постоянным потоком возбуждения, то механические и магнитные потери являются также постоянными. Наоборот, электрические потери в обмотках якоря, добавочных полюсов и компенсационной изменяются пропорционально , а в щеточных контактах – пропорционально . Напряжение генератора при этом также приблизительно постоянно, и поэтому с определенной степенью точности .

Таким образом, в общем, несколько идеализированном, случае можно положить, что

(6.3)

или

,

где коэффициент нагрузки

(6.4)

определяет относительную величину нагрузки машины.

Суммарные потери также можно выразить через :

, (6.5)

где – постоянные потери, не зависящие от нагрузки; – значение потерь, зависящих от первой степени при номинальной нагрузке; – значение потерь, зависящих от квадрата , при номинальной нагрузке.

К.п.д. будет максимальным при такой нагрузке, при которой переменные потери зависящие от квадрата нагрузки, становятся равными постоянным потерям .

Значение коэффициента нагрузка при максимуме к.п.д.

. (6.6)

Если машина проектируется для заданного значения , то, поскольку потери обычно относительно малы, можно считать, что

.

Изменяя при этим соотношение потерь и , можно достичь максимального значения к.п.д. при различных величинах нагрузки. Если машина работает при нагрузках, близких к номинальной, то выгодно, чтобы значение было близко к единице. Если машина работает в основном при малых нагрузках, то выгодно, чтобы значение было соответственно меньше.