Потери и КПД синхронного генератора

Преобразование энергии в синхронном генераторе можно объяснить с помощью энергетической диаграммы, рис.81.

К валу генератора с помощью приводного двигателя подводится механическая мощность .Часть этой мощности рассеивается в виде тепла, выделяемого в различных частях машины, и называется потерями, к которым относятся:

1. Потери мощности на возбуждение: ,

где – ток обмотки возбуждения;   – напряжение обмотки возбуждения; - сопротивление обмотки возбуждения; - КПД возбудителя.

2. Механические потери  состоят из потерь на вентиляцию машины и на трение в подшипниках, ротора об охлаждающий газ, щеток о контактные кольца. Механические потери зависят от частоты вращения ротора: , где α = 2 3 – постоянный коэффициент, определяемый системой вентиляции машины. Частота вращения ротора   в установившихся режимах работы постоянна и при  механические потери можно считать постоянными и не зависящими от нагрузки генератора.

3. Добавочные потери  обусловлены магнитными полями рассеяния обмоток, высшими гармониками магнитного поля в зазоре и наличием пазов на статоре и роторе машины.

В большинстве синхронных машин добавочные потери невелики и составляют менее одного процента от номинальной мощности машины.

 Оставшаяся часть механической мощности

передается магнитным полем машины через воздушный зазор  на статор генератора. Эта мощности машины называется электромагнитной мощность .

4. Часть электромагнитной мощности выделяется в виде тепла в сердечнике статора вследствие его перемагничивания вращающимся магнитным полем машины (потери на гистерезис - ) и наводимых в нем вихревых токов - :

,

где – постоянный коэффициент;  – индукция магнитного поля в сердечнике статора. В установившихся режимах работы магнитные потери не зависят от нагрузки генератора и их относят к постоянным потерям в машине.

5.Электрические потери в обмотке статора (якоря):

,

Вследствие того, что электрическая мощность отдаваемая генератором потребителям пропорциональна току якоря, электрические потери в обмотке якоря значительно изменяются с нагрузкой машины.

Полезная электрическая мощность, отдаваемая генератором нагрузке или в сеть:

.

Тогда

,

где  – полные или суммарные потери мощности в машине.

КПД определяется отношением полезной электрической мощности  к подводимой механической мощности :

Полные потери мощности  принято делить на постоянные, не зависящие от нагрузки, и переменные, зависящие от нагрузки генератора. Постоянные потери называют также потерями холостого хода , они составляют:

К переменным потерям относят электрические потери в обмотке (статора) якоря и добавочные потери их называют потерями короткого замыкания .

Коэффициент загрузки машины

Если напряжение генератора  то полезную электрическую мощность  можно выразить через , и полную номинальную мощность :

В режиме холостого хода, , к валу генератора подводится механическая мощность , равная потерям холостого хода , при этом КПД , рис.82.

С увеличением нагрузки генератора КПД вначале быстро возрастает, а в дальнейшем рост КПД замедляется вследствие увеличения переменных потерь, . КПД достигает максимума при равенстве постоянных и переменных потерь.