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 ΔUщ = 1 В – переходное падение напряжения в щеточном контакте.
Сопротивления обмоток r1, и rв 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 p1/50 =1,4 Вт/кг – удельные потери при индукции 1 Тл и частоте 50 Гц для электротехнической стали марки 1512; kда =1,3;
kдz = 1,7– коэффициенты, учитывающие увеличение потерь из-за частичного замыкания листов стали вследствие заусенцев, а также изменения структуры стали при штамповке; Вa, Вz1/3 – индукция в ярме статора и на высоте 1/3 зубца статора при E=Uнф.
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 Во = Вδо (kδ1 -1); ko 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 Рдоб приближенно для машин до 1000 кВт принимают равными 0,5 % от Рн, 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 Iв*, равные в относительных единицах МДС Fво*, исоответствующие заданным токам I*. Регулировочные характеристики при U*>U'>Uнстроят аналогичным образом.
Рис. 15.1
Внешняя характеристика – зависимость при Iвн*=const и cosφн=сonst(рис. 15.2). Одна точка этой характеристики имеет координаты U*=1; I*= 1. При I*= 0 напряжение U*=Eон* берут из векторной диаграммы дляслучая I*= Iн*. Промежуточные точки характеристики находят пересечением семейства регулированных характеристик прямой Iв* =Iвн*.
U-образные характеристики I*=f(Iв*) 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 Iв*. Построение угловой характеристики P=f(θ) при U*=1 и Eон = 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 Iв*= Iвн*.
Рис. 15.2 Рис. 15.3
Рис. 15.4
По угловой характеристике определяют статическую перегружаемость kм=Рм/Рн. Если пренебречь активным сопротивлением (что допустимо для машин средней и большой мощности), то можно считать, что Рм*/Рн*=Мм*/Мн*, где Мм* и Мн*– 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 Iв , имевшем место перед замыканием. Этот ток называют ударным током короткого замыкания. Его приблизительно (при Iв=Iвн) определяют по формуле
Более точно Iуд* 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 Iв*=1.
Кратность при номинальном токе возбуждения