Потери и КПД синхронных машин

Преобразование энергии в синхронных машинах связано с её потерями. Все виды потерь разделяют на основные и добавочные:

1) Основные потери Pо – это электрические потери в обмотке статора Pэ1, потери на возбуждение Pв, магнитные потери Pм1 и механические потери Pмех:

Pо = Pэ1+Pв+Pм+Pмех.

Электрические потери обусловлены нагревом обмоток статора,

Pэ1 = m1×I ² 1×r1,

где m1 – число ваз статора, I1 – ток статора, r1 – активное сопротивление фазы обмотки статора при рабочей температуре 75?С.

Потери на возбуждение в основном обусловлены нагревом в обмотке возбуждения,

Pв = (I²в×rв)+(ΔUщ×Iв),

где Iв – ток возбуждения, rв – активное сопротивление цепи возбуждения, ΔUщ – падение напряжения в щёточном контакте (≈2 В).

Магнитные потери это потери в сердечнике статора на перемагничивание,

Pм1 = Pг+Pв.т.,

где Pг – потери на гистерезис, Pв.т. – потери на вихревые токи.

Механические потери это потери на трение в подшипниках, трение о воздух или другой охлаждающий газ и трение щёток о контактные кольца,

Pмех ≈ 3,68(v2/40)?×?×l1,

где v2 – окружная скорость на поверхности полюсного наконечника ротора, l1 – конструктивная длина сердечника статора.

2) Добавочные потери Pд – это потери в поверхностном слое ротора, вызванные пульсациями поля вследствие зубчатой поверхности статора и ротора Pп и потери, вызванные полями рассеивания Pр,

Pд = Pп+Pр.

Добавочные потери Pд в синхронных машинах при нагрузке определяют в процентах от подводимой мощности двигателей или от полезной мощности генераторов. Для машин мощностью до 1000 кВт Pд = 0,5%, а для машин мощностью более 1000 кВт – (0,25÷0,4)%.

Следовательно, суммарные потери в синхронной машине ∑P (кВт):

∑P = (Pо+Pд)/1000.

КПД синхронного генератора ηг:

ηг = 1-∑P/(Pн+∑P),

где Pн – активная мощность, отбираемая от генератора в сеть или отбираемая двигателем от сети (кВт), Pн = (m1×U1н×I1н× cos φ1)/1000.

КПД синхронного двигателя ηд:

ηд = 1-∑P/Pн.

КПД синхронной машины зависит от величины нагрузки, которая определяется коэффициентом нагрузки β, который определяется отношением отдаваемой или отбираемой машиной мощности P к номинальной мощности машины Pн (β = P/Pн) и от её характера (cos φ1). КПД синхронных машин мощностью до100кВт составляет (80÷90)%, у более мощных машин – (92÷99)%. Турбо- и гидрогенераторы мощностью в десятки и сотни тысяч киловатт имеют более высокие значения КПД.

Тема 3.2. Синхронные генераторы