При работе электрической машины часть потребляемой ею энергии теряется и рассеивается в виде тепла. Мощность потерянной энергии называют потерями мощности или потерями.
Цель работы
Ознакомиться с видами потерь в машинах постоянного тока, на основе экспериментального метода холостого хода двигателя определить КПД генератора постоянного тока параллельного возбуждения.
Краткие теоретические сведения
Рассматриваемые в данной работе вопросы большей частью являются общими для машин постоянного и переменного тока. Потери в электрических машинах подразделяются на основные и добавочные. Основные потери возникают в результате происходящих в машине основных электромагнитных и механических процессов, а добавочные потери обусловлены различными вторичными явлениями. Во вращающихся электрических машинах основные потери подразделяются на: механические, магнитные или потери в стали и электрические потери.
Механические потери Δ 
включают в себя потери в подшипниках, потери на трение щеток о коллектор или контактные кольца и вентиляционные потери.
Все виды механических потерь зависят от скорости вращения и не зависят от нагрузки.
Потери в стали Δ 
состоят из потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи в зубцах и спинке якоря. Они зависят от величины магнитной индукции и скорости вращения машины и не зависят от нагрузки.
Следовательно при испытаний электрических машин механические потери и потери в стали могут быть определены по данным опыта холостого хода, если его провести при соблюдении условий, что поток 
, ЭДС 
и обороты ротора 
будут равны соответственно номинальным значениям, т.е. = 
; = 
; = 
. Таким образом, потери холостого хода Δ 
равны:
|
|
=Δ +Δ =(
– 2 
Δ 
) 
= 
, (1)
где 
– напряжение на зажимах генератора;
– ток якоря;
– сопротивление цепи якоря, приведенное в рабочей температуре, которая принимается равной 75°С для класса изоляции «B» согласно ГОСТ;
Δ – Падение напряжения в переходном сопротивлении для щеток одной полярности. Для упрощения расчетов Δ принимается постоянным и для угольных и графитных щеток равным 1 В;
– Э.Д.С. якоря:
(2)
, (3)
где 
– суммарное сопротивление цепи якоря, состоящей из обмоток якоря, добавочных полюсов и компенсационной обмотки;
t0– температура окружающей среды, ◦C
Электрические потери состоят из потерь в обмотках цепи якоря, потерь на возбуждение и потерь на переходном сопротивлении щеточных контактов. Электрические потери в обмотках цепи якоря можно найти из выражения
Δ 
= 
(4)
K потерям на возбуждение относятся потери в обмотке возбуждения и потери в регулировочном реостате.
Потери в параллельной цепи возбуждения можно определить по формуле:
, (5)
где 
– напряжение на зажимах цепи возбуждения;
– ток возбуждения; 
– ЭДС генератора
, (6)
где 
– номинальное напряжение генератора.
Потери в переходном сопротивлении щеточных контактов для щеток обеих полярностей определяются по формуле;
(7)
Добавочные потери возникают в стали сердечника якоря вследствие искажения основного магнитного поля поперечной реакцией якоря, в коммутирующих секциях из–за неравномерного распределения тока по сечению проводника, пульсаций магнитного поля в уравнительных соединениях и т.п.
|
|
Добавочные потери при нагрузке не равной номинальной определяются формуле
, (8)
где 
– номинальный ток якоря.
Полные потери в машине равны сумме всех потерь:
(9)
Методы определения потерь и КПД вращающихся электрических машин регламентированы ГОСТ 25941–83.
До начала испытаний необходимо, чтобы машина проработала без нагрузки при номинальной частоте в течении 15 мин для машин мощностью 1... 10 кВт.
Потери и КПД электрических машин определяется непосредственным или косвенным методом. Метод непосредственного определения менее точен, поэтому его рекомендуют применять лишь для машин с КПД не более 85 %.
При определении КПД непосредственным методом одновременно определяются потребляемая (подводимая) мощность 
и полезная (отдаваемая) мощность 
. B этом случае КПД находят по формуле:
(10)
Для непосредственного определения потерь и КПД используют следующие методы: метод измерения механической мощности, метод измерения электрической мощности и метод тарированной вспомогательной машины (3).
Косвенный метод определения потерь и КПД, называемый также методом отдельных потерь, основан на том, что опытным или расчетным путем находят отдельно каждый вид потерь, суммируют их, а КПД рассчитывают по формуле:
(11)
Известны следующие методы косвенного определения потерь и КПД: метод взаимной нагрузки, метод динамометра или тарировочного двигателя, метод хх двигателя (ненагруженного двигателя) (3).
Метод холостого хода двигателя, являясь достаточно точным, чрезвычайно прост для выполнения, и поэтому весьма широко применяется. И по этому методу можно определить потери в стали и механические потери в машине, вращающейся в режиме ненагруженного двигателя. Остальные потери определяются расчетным путем.
|
|
Полезная мощность генератора определяется по формуле
) (12)
Описание лабораторной установки
Схемы изображены на рис. 1,2. B табл. 1 приведены паспортные данные МПТ.
Таблица 1
| Тип | Рн, кВт | Uн | Iн | nн об/мин | η % | Класс изоляции |
| П51У–4 | 2,7 | 11,7 | В |
B состав установки входят: электроизмерительные приборы, автотрансформатор и выпрямитель постоянного тока, пусковой реостат 
с пусковым реле (РП) и реостат для регулирования тока возбуждения 
.
Задание на экспериментальное исследование
1. На основе технических данных МПТ подобрать необходимые измерительные приборы,
2. Измерение сопротивления обмоток якорной цепи. Собрать схему по рис.1. Измерение осуществляется по методу вольтметра и амперметра. Для получения точных результатов измерения осуществляют для трёх различных положений якоря, причем показания приборов снимают для трёх различных значений тока якоря в каждом положении якоря. Ток якоря устанавливается в пределах от 1 до 2 А. Затем находят среднее арифметическое из полученных значений сопротивлений якоря которое принимается за истинное. Приведение сопротивления к рабочей температуре осуществляют по формуле (2).
3. Определение КПД генератора методом холостого хода. Собрать схему по рис. 2. Генератор пускают в режиме двигателя на холостом ходу.
Примечание: пуск осуществлять медленным повышением подводимого напряжения до момента срабатывания пускового реле. Амперметр в цепи
якоря сначала устанавливается на предел 5 А, затем переключается на предел 2.5 A. Через 15 мин. после пуска двигателя изменяют подводимое напряжение в пределах от номинального значения до 1,1 . При этом скорость вращения якоря поддерживают постоянной путём изменения тока возбуждения. Показания приборов заносят в табл. 2.
Схема для измерения сопротивления якоря
схема длф 
Рис.2
Таблица 2
| № | Экспериментальные данные | Расчетные данные | |||
| Ua, В | Ia, A | Iв, А | Ea, B | ∆P0, Вт | |
Задание на аналитическое исследование
1. По формулам (1) и (2) определить Э.Д.С. якоря и потери холостого хода и данные занести в табл.2. По этим данным построить зависимости:
и 
2. Определить остальные потери расчетным путём. Для этого задаться различными значениями тока якоря в пределах от номинального тока возбуждения до 1.1 . Для каждого значения тока якоря определить отдельные виды потерь, суммарные потери и КПД, используя формулы п. 1 и построенные зависимости и ,для определения значений и 
Данные расчета заносятся в таблица 3.
Таблица 3
| № | Ia, А | Er,В | Iв, А | ∆P0 Вт | ∆Pэ Вт | ∆Pв Вт | ∆Pв Вт | ∆Pдоб Вт | ∑P Вт | P2 Вт | η % |
По данным таблицы 3 строят зависимость отдельных видов потерь и суммарных потерь в функции от 
на одном рисунке и 
на другом.
Вопросы для самопроверки
1. Виды потерь в МПТ.
2. Потери холостого хода. От чего они зависят?
3. Электрические и добавочные потери.
4. Методы экспериментального определения КПД?
5. Сущность метода отдельных потерь?
6. Как осуществляется определение КПД по методу холостого хода двигателя?
7. Сущность метода тарировочного двигателя.