11. Потери и кпд

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

Электрические потери в обмотке статора, Вт,

, (8.107)

где – активное сопротивление одной фазы обмотки статора, Ом, при расчетной рабочей температуре (5.67).

Потери на возбуждение:

при возбуждении от тиристорного возбудительного устройства, Вт,

, (8.108)

где – сопротивление обмотки возбуждения при расчетной рабочей температуре, Ом (8.106); – падение напряжения в щеточном контакте: В;

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

, (8.109)

где – КПД генератора постоянного тока (возбудителя).

Основные магнитные потери в сердченике статора синхронной машины рассчитывают по (6.1)–(6.7).

Механические потери, равные сумме потерь на трение в подшипниках, в контактном узле (трение щеток о контактные кольца) и потерь на вентиляцию, Вт,

, (8.110)

где – полная длина сердечника статора, мм; – окружная скорость ротора (8.103), м/с.

Добавочные потери разделяют на добавочные потери холостого хода и добавочные потери при нагрузке.

Добавочные потери холостого хода обусловлены в основном поверхностными потерями в полюсных наконечниках. Они вызваны изменением магнитной индукции из-за зубчатости внутренней поверхности сердечника статора и определяются выражением, Вт,

, (8.111)

где – магнитная индукция в зазоре, Тл, соотвествующая ЭДС ; – коэффициент, определяемый толщиной листов полюсных наконечников: при толщине 1 мм ; 2 мм ; при массивных полюсных наконечниках ; , и принимаются в миллиметрах.

Добавочные потери при нагрузке – это потери в обмотке статора от вихревых токов, потери в стали статора и полюсных наконечников ротора от высших гармоник магнитной поля. Добавочные потери при нагрузке в синхронных машинах определяют ориентировочно в процентах полезной мощности для генераторов и подводимой мощности для двигателей. Согласно ГОСТ 183-74 значение этих потерь принимают для машины мощностью до 1000 кВ∙А 0,5 %, свыше 1000 кВ∙А 0,25–0,4 %.

Суммарные потери в синхронной машине, кВт,

, (8.112)

Коэффициент полезного действия синхронного генератора

, (8.113)

синхронного двигателя

, (8.114)

где – мощность, потребляемая двигателем при номинальной нагрузке.

12. Основные параметры синхронных машин

Изменение напряжения синхронного генератора. Если синхронный генератор работал с номинальной нагрузкой и напряжение на его выводах было номинальным, то при отключении нагрузки ( и сохранении неизменными тока в обмотке возбуждения и частоты вразения напряжение на выводах генератора увеличится до значения . Это изменение напряжения генератора при сбросе нагрузки определяется выражением

, (8.115)

Для явнополюсных синхронных генераторов, работающих с коэффициентом мощности , .

Напряжение холостого хода определяют по характеристике холостого хода генератора , по значению МДС обмотки возбуждения при номинальной нагрузке .

Отношение короткого замыкания (ОКЗ). Отношение короткого замыкания синхронной машины представляет собой отношение тока возбуждения, соотвествующего ее номинальному напряжению при холостом ходе , к току возбуждения при трехфазном коротком замыкании с номинальным током в обмотке статора :

(8.116)

Для определения ОКЗ можно воспользоваться выражением

(8.117)

где – ЭДС генератора, определяемая продолжением прямолинейной части характеристики холостого хода при (рис. 8.26).

Чем больше , тем больше предельная нагрузка синхронного генератора. Для явнополюсных синхронных машин . С уменьшением возрастают колебания напряжения на выходе генератора при изменениях нагрузки и снижается устойчивость при параллельной работе синхронных генераторов. Однако получение синхронного генератора с большим требует уве-личения воздушного зазора, что существенно удорожает машину.

Статическая перегружаемость. Статическая перегружаемость (перегрузочная способность) синхронной машины определяется отношением максимального электромагнитного момента к номинальному:

(8.118)

Статическую перегружаемость синхронной явнополюсной машины можно определить по формуле

(8.119)

где – коэффициент, учитывающий наличие реактивной составляющей электромагнитного мо-мента, обусловленной различием индуктивных сопротивлений по продольной и поперечной осям явнополюсной машины.

Коэффициент определяют по рис. 8.27 в зависимости от коэффициента

(8.119)

Электродвижущая сила в выражении (8.119) определяется по рис. 8.26 на продолжении прямолинейной части характеристики холостого хода до пересечения с вертикалью, проведенной из точки . Статическая перегружаемость явнополюсных синхронных машин общего назначения должна быть не менее 1,65.