Потери и КПД электрических машин

Во время работы часть потребляемой электрической машиной энергии расходуется на нагрев ее деталей. Поэтому механическая энергия на валу двигателя всегда меньше, чем потребляемая им электрическая энергия, а электрическая энергия, которую отдает в сеть генератор, меньше, чем механическая энергия, затрачиваемая на вращение его ротора. Разность между потребляемой и отдаваемой энергиями не может быть использована для полезной деятельности. Эта часть энергии как бы «теряется». Поэтому ее называют потерями и для удобства сравнения с мощностью машины оценивают за единицу времени и выражают в единицах мощности.

Потери в машинах в зависимости от вызывающих их физических процессов подразделяют на электрические, магнитные, механические и вентиляционные. Те части машины, в которых возникают потери, нагреваются. Электрические потери вызывают нагрев обмоток статора и ротора проходящими по ним токами; магнитные потери — нагрев магнитопровода из-за вихревых токов, наводящихся в нем переменным магнитным потоком, и перемагничивания стали; механические потери — нагрев подшипников из-за трения при работе машины. К вентиляционным потерям относят мощность, которую надо затратить для вращения вентилятора, охлаждающего электрическую машину, и на трение вращающихся частей машины о воздух. Все другие виды потерь, возникающие при работе электрической машины, называют добавочными. Они невелики и обычно не превышают нескольких процентов от суммы всех потерь в машине.

В электрических двигателях Р2 — мощность, которую двигатель передает соединенному с ним механизму, т. е. мощность на валу двигателя, а Р потребляемая двигателем мощность из электрической сети; в генераторах Р2 — электрическая мощность, отдаваемая генератором в сеть, а Р — мощность, затрачиваемая на вращение вала генератора.

Чтобы снизить нагрев при работе, электрическую машину охлаждают. Наиболее распространено воздушное охлаждение — поток воздуха с помощью вентилятора, установленного на валу машины. Машина охлаждается лучше, если вместо воздуха обдувать ее наиболее нагревающиеся части водородом. Водородное охлаждение много сложнее и дороже воздушного, поэтому его применяют лишь в ответственных машинах большой мощности, чаще всего в турбогенераторах. Еще более интенсивное охлаждение обмоток достигается водой. Обмотки машин водяным охлаждением выполняются из полых проводников, по внутренним каналам которых пропускается дистиллированная вода. Водяное охлаждение применяют в наиболее крупных гидрогенераторах и турбогенераторах. Все электрические машины общего назначения имеют воздушное охлаждение.