Как определить кпд генератора постоянного тока

Из графика видно, что при увеличении нагрузки КПД начинает увеличиваться, достигая максимального значения при нагрузке около 80% от номинальной, а затем начинает резко убывать из-за интенсивного роста электрических потерь.

КПД электрической машины можно определять:

а) методом непосредственной нагрузки по результатам измерений потребляемой мощности Р ₁ и полезной мощности Р ₂, но он применим только для машин малой мощности;

б) косвенным методом по результатам измерений потерь.

Существует несколько косвенных способов определения КПД. Наиболее прост способ холостого хода двигателя, когда потребляемая мощность затрачивается только на потери х.х. Р ₀ =Р _м +Р _мех. Электрические и добавочные потери при этом определяют расчетным путем.

Как расчитать КПД генератора постоянного тока

В итоге имеем:
Механическая мощность 300 Вт.
Мощность потребления P = U*I = 220*1.5 = 330Вт.

КПД = 300 / 330 *100 = 90,9%

AlexПрофи (728) 16 лет назад

вообще то это получилось для двигателя. Для генератора полученная мощность (мощность отдачи) есть напряжение умножить на ток нагрузки, а механическая мощность является для генератора входной, т.е мощностью его потребления

Остальные ответы
Полученная мощность/Затраченная мощность. Чего считать-то.
Она не рассчитывается, а определяется по паспорту или тестированием.

Мощность затраченная, разделить на мощность выработанная. Где выработанная = затраченная — потери. К примеру у двигателя вращающий генератор мощность на валу 220 ват генератор выдает мощность 200 Ват подели второе на первое получишь КПД.

Электрические машины постоянного тока (страница 2)

1. Напряжение генератора параллельного возбуждения при нагрузке .
Определить ток в цепи якоря и мощность на выходе генератора, если сопротивление обмотки возбуждения .
Решение:
Ток в обмотке возбуждения

Ток в цепи якоря генератора параллельного возбуждения

Мощность на выходе генератора

2. Обмотка якоря двухполюсного генератора параллельного возбуждения имеет N = 500 проводников и 2а = 4 параллельных ветви. Магнитный поток Ф = 0,022 Вб. Скорость вращения якоря n = 2500 об/мин.
Определить напряжение на зажимах генератора и электромагнитный (тормозной) момент, если при токе нагрузки и токе возбуждения .
Решение:
Э. д. с. генератора

где р = 1 и 2а = 4 (для данной задачи). После подстановки получим

Напряжение на зажимах генератора

где,
Следовательно,

Электромагнитный (тормозной) момент машины

3. При токе нагрузки напряжение между зажимами генератора постоянного тока параллельного возбуждения U = 115 В. Сопротивление обмотки якоря, включая и щетки, . Сопротивление обмотки возбуждения . Число пар полюсов р = 4; обмотка якоря имеет четыре пары параллельных ветвей. Число проводов обмотки якоря — 480.
Определить магнитный поток машины, если скорость вращения якоря 1100 об/мин и реостат в цепи возбуждения выведен.

Решение:
В генераторе постоянного тока параллельного возбуждения ток в якоре равен сумме токов нагрузки и в цепи возбуждения:

Ток в цепи возбуждения (на основании закона Ома)

Тогда ток в цепи якоря

Потеря напряжения в цепи якоря

Э.д.с. в обмотке якоря и в каждой параллельной ветви этой обмотки

Эту же э.д.с. можно выразить через конструктивные и электрические параметры машины и через магнитный поток по формуле

где р = 4 — число пар полюсов;
а = 4 — число пар параллельных ветвей;
N = 480 — число проводов обмотки якоря;
n = 1100 об/мин — скорость вращения якоря.
Подставив числовые значения, определим магнитный поток одного полюса:

Определим коэффициент э.д.с. , посредством которого э.д.с. обмотки якоря связана со скоростью вращения:

Коэффициент э.д.с. зависит от магнитного потока Ф, т. е. от тока возбуждения.
Разделив на Ф, получим постоянную величину , зависящую только от конструктивных и электрических параметров машины:

Следовательно, пользуясь этим коэффициентом, получим для э.д.с. рассматриваемой машины

где Ф — магнитный поток, Вб;
n — скорость вращения, об/мин.

4. Генератор постоянного тока (рис. 67) имеет следующие номинальные данные: . Потери мощности в цепи возбуждения составляют 4%, а потери мощности в цепи якоря — 5% от номинальной мощности.
Параметры характеристики холостого хода приведены ниже, где соответствующие величины выражены в процентах от номинальных значений:
.
Определить для номинального режима:
1) ток и сопротивление в цепи возбуждения;
2) ток и сопротивление в цепи якоря;
3) э.д.с. в обмотке якоря;
4) сопротивление обмотки возбуждения, если при холостом ходе генератора и выведенном реостате ток в цепи возбуждения составит 150% от номинального тока.
При каком сопротивлении реостата, который включен в цепи возбуждения, напряжение между зажимами машины при холостом ходе станет равным номинальному напряжению?

Решение:
Потери мощности в цепи возбуждения

Ток в цепи возбуждения, присоединенной параллельно к цепи якоря,

Ток в цепи якоря

Э. д. с. в обмотке якоря

Ток в цепи возбуждения, составляющий 150% номинального тока,

Согласно характеристике холостого хода э. д. с, при этом равна 107% от номинальной э. д. с:

При холостом ходе контур цепи неразветвленный и его сопротивление

Таким образом, сопротивление обмотки возбуждения

При холостом ходе напряжение между зажимами машины можно считать равным э. д. с. Отсюда в последнем пункте задачи

Выразим эту э. д. с. в процентах от номинальной э. д. с:

Поэтому, пользуясь данными, приведенными ранее, путем интерполяции найдем, что для э. д. с. ток возбуждения

Сопротивление цепи возбуждения и якоря

откуда сопротивление регулировочного реостата

5. Генератор постоянного тока параллельного возбуждения имеет: номинальную мощность 14 кВт; номинальное напряжение 230 В; номинальный ток якоря 60,9 А; номинальную скорость вращения 1500 об/мин; сопротивление цепи якоря 0,17 Ом; сопротивление обмотки возбуждения 124 Ом; ток возбуждения при полной нагрузке и номинальном напряжении 1,21 А; ток возбуждения при холостом ходе и номинальном напряжении 0,9 А; коэффициент полезного действия 0,85. Генератор предполагается использовать в качестве двигателя при напряжении сети 220 В.
Определить скорость вращения при полной нагрузке и полезную мощность на валу двигателя.

Решение:
Э. д. с. машины постоянного тока как в режиме генератора, так и в режиме двигателя пропорциональна магнитному потоку, скорости вращения якоря, причем коэффициентом пропорциональности служит некоторая постоянная величина , зависящая от конструктивных данных машины. Таким образом,

Здесь
— э. д. с. машины в режиме генератора;
— э. д. с. машины в режиме двигателя (против э. д. с);
— скорости вращения в генераторном и двигательном режимах;
— магнитные потоки в режимах генератора и двигателя.
Постоянная в обеих формулах одна и та же. Отсюда получим выражение для скорости вращения двигателя:

Э. д. с. выразим следующим образом:

где — падение напряжения в щеточном контакте, которое принимается не зависящим от тока
якоря и равным 2 В (при холостом ходе машины ).
Подставляя числовые значения, получим:

Магнитные потоки определяются по характеристике холостого хода машины, в зависимости от тока возбуждения. Эта характеристика обычно задается графически и ее точное аналитическое выражение дать невозможно. Вид характеристики определяется нагрузками для магнитной цепи машины и свойствами примененных материалов. Вследствие стандартизации этих материалов и стремления использовать их наиболее полно как допускаемые магнитные нагрузки, так и свойства применяемых материалов колеблются в довольно узких пределах. Поэтому в современных электрических машинах характеристики холостого хода схожи между собой.
Если за единицу тока возбуждения принять ток, соответствующий номинальному напряжению при отсутствии нагрузки, за единицу магнитного потока — магнитный поток, соответствующий тому же напряжению, то характеристику холостого хода можно выразить в виде, практически пригодном для обычных современных электрических машин:

Здесь ток возбуждения i и соответствующий ему магнитный поток выражены в долях от величин, соответствующих номинальному напряжению машины в режиме генератора при отсутствии нагрузки, т. е. при разомкнутой цепи якоря:

Ток возбуждения для двигательного режима можно легко определить исходя из сопротивления обмотки возбуждения и напряжения сети (предполагаем, что обмотка возбуждения включена непосредственно на напряжение сети без добавочных сопротивлений):

Зная токи возбуждения, выраженные в амперах при обоих режимах работы, определяем их в долях от тока возбуждения в режиме холостого хода:

По приведенному выше уравнению находим магнитные потоки:

Подставляя полученные величины э. д. с. и отношение магнитных потоков в выражение для скорости вращения электродвигателя, получим

Модность на валу двигателя легко определить, мощность на входе в электродвигатель:

Следует заметить, что в эту величину входит лишь мощность якорной цепи без учета мощности цепи возбуждения.
Примем коэффициент полезного действия одинаковым как в режиме двигателя, так и в режиме генератора. Для приближенных расчетов это допустимо, так как в режиме двигателя увеличиваются потери энергии в обмотке возбуждения (увеличивается ток возбуждения), но из-за меньшей скорости вращения уменьшаются механические потери и потери в стали. Сумма потерь и, следовательно, коэффициент полезного действия изменяются незначительно.
Мощность в обмотке возбуждения

Следовательно, мощность при потреблении энергии от сети

а полезная мощность на валу двигателя

Допустим, что необходимо и в режиме двигателя сохранить скорость вращения 1500 об/мин. Для этого необходимо уменьшить магнитный поток двигателя, включив в цепь возбуждения добавочное сопротивление. Определим величину этого сопротивления. Ток якоря двигателя по условиям нагрева остается прежним, а противо-э. д. с. двигателя сохраняет свою величину . Из выражения

считая можно определить необходимый магнитный поток двигателя в долях единицы:

Зная магнитный поток, легко определить соответствующий ему ток возбуждения:

или в амперах
Далее определяем добавочное сопротивление в цепи возбуждения , необходимое для получения тока возбуждения, обусловливающего заданный магнитный поток:

6. К шинам электростанции постоянного тока параллельно присоединены генератор (с параллельной обмоткой возбуждения) и аккумуляторная батарея (рис. 68). Внешняя характеристика генератора задана следующими числовыми значениями: . Аккумуляторная батарея состоит из 70 последовательно включенных элементов, причем для каждого элемента э. д. с. е = 2 в и внутреннее сопротивление .
Определить:
1) напряжение на шинах, при котором э. д. с. аккумуляторной батареи будет скомпенсирована ;
2) токи нагрузки и генератора, а также напряжение при котором разрядный ток батареи составит 25% от тока приемников энергии.

КПД мехатронной системы генерирования электрической энергии постоянного тока Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

КПД / мехатронная система / синхронный генератор с постоянными магнитами / полупроводниковый преобразователь / переменная частота вращения вала / ветроэнергетическая установка / efficiency / Mechatronic system / the synchronous generator with permanent magnets / the semiconductor converter / variable frequency of rotation of a shaft / wind power installation

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Харитонов Сергей Александрович, Гарганеев Александр Георгиевич

Приведены результаты расчета КПД системы генерирования постоянного тока на базе магнитоэлектрического синхронного генератора и полупроводникового преобразователя (выпрямителя). Пример расчета приведен для системы генерирования электрической энергии мощностью 250 кВт, разработанной для ветроэнергетической установки с переменной частотой вращения вала ветровой турбины.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Харитонов Сергей Александрович, Гарганеев Александр Георгиевич

Методика расчета КПД мехатронной системы генерирования электрической энергии постоянного тока
Регулирование тока сжатой дуги в канале плазмотрона
Перспективные системы электроснабжения самолета с полностью электрифицированным оборудованием
Система электропитания постоянного тока с магнитоэлектрическим генератором
Стартер-генераторная система для вспомогательной силовой установки
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The results of calculating the efficiency of the system for generating direct current based on magneto-electric synchronous generator and semiconductor converter (rectifier) has been introduced. The example of calculation was given for the system of generating electric power with a capacity of 250 kW developed for a wind power installation with a variable frequency of a wind turbine shaft rotation.

Текст научной работы на тему «КПД мехатронной системы генерирования электрической энергии постоянного тока»

КПД МЕХАТРОННОЙ СИСТЕМЫ ГЕНЕРИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

С.А. Харитонов, А.Г. Гарганеев*

Новосибирский государственный технический университет *Томский политехнический университет E-mail: Kharit@ntcom.ru; garganeev@rambler.ru

Приведены результаты расчета КПД системы генерирования постоянного тока на базе магнитоэлектрического синхронного генератора и полупроводникового преобразователя (выпрямителя). Пример расчета приведен для системы генерирования электрической энергии мощностью 250 кВт, разработанной для ветроэнергетической установки с переменной частотой вращения вала ветровой турбины.

КПД, мехатронная система, синхронный генератор с постоянными магнитами, полупроводниковый преобразователь, переменная частота вращения вала, ветроэнергетическая установка.

Efficiency, mechatronic system, the synchronous generator with permanent magnets, the semiconductor converter, variable frequency of rotation of a shaft, wind power installation.

Как показано в [1], расчет активных потерь в элементах систем генерирования электрической энергии (СГЭЭ) и КПД системы в целом является актуальной задачей, так как такие системы находят широкое применение в возобновляемой энергетике, а также в системах электроснабжения автономных объектов, в частности, летательных аппаратов (ЛА).

В данной статье приводится пример расчета активных потерь и КПД в СГЭЭ постоянного тока с использованием методики, предложенной в [1]. Предполагается, что СГЭЭ является частью ветроэнергетической установки (ВЭУ) с переменной частотой вращения п вала ветровой турбины.

При расчете КПД основное внимание уделяется анализу активных потерь, прежде всего в синхронном генераторе (СГ), при этом учитывается несинусоидальный характер тока и напряжения, обусловленный работой генератора на полупроводниковый преобразователь — ПП (в данной статье это управляемый выпрямитель), подключенный к противоЭДС.

В примере используются данные одного канала СГЭЭ в составе ВЭУ «Радуга- 1А» [2], в которой применен модульный принцип построения системы генерирования, в каждом из каналов используется СГ с постоянными магнитами типа ГСВ-260, номинальная мощность генератора составляет 260 кВт (разработка ОАО НПО «ЭЛСИБ»).

На рис. 1 по результатам расчета приведены потери в СГ в составе системы «СГ (МЭГ) — трехфазный мостовой выпрямитель — противоЭДС». При этом номинальные обороты приняты равными п]|ом=3,51, а добротности элементов системы [1] определялись для генератора типа ГСВ-260 [2] и имели следующие значения: 0001=27,78, 00^=37,95, 0СГмех1=4,56.103, бСГмей=1,26.103, 0СГдоб=178. На рис. 1, а, в, д, ж, для раз-

личных значений q, равного 2-—, и угла регу-

лирования а показана зависимость от частоты вращения составляющих потерь в СГ, отнесенных к мощности нагрузки, т. е. дР/=ЛруРн*, а на рис. 2, б, г, е, з, для тех же значений q и а показана зависимость от п КПД генератора пСГ.

Из анализа составляющих потерь в генераторе следует, что на их величину существенным образом влияют режимы работы ПП, приводя главным образом к уменьшению потерь в стали за счет снижения результирующего потока в зазоре с ростом оборотов в режиме непрерывного тока генератора. Это нетрудно увидеть из сопоставления потерь в стали в режиме холостого хода дР,*^ и аналогичных потерь под нагрузкой дР*СГ.

Расчеты показывают, что учет высокочастотных составляющих в потоке зазора при а=0 вносит изменения в уровень потерь в стали не более, чем на 2. 3 %.

На малых частотах вращения в связи с незначительным уровнем генерируемой мощности определяющими являются потери в стали, причем их величина, очевидно, приближается к стальным потерям в режиме холостого хода. Эта тенденция отчетливо проявляется с увеличением угла регулирования (рис. 1, д, е).

С ростом величины q происходит увеличение относительного значения генерируемой мощности (т. к. уменьшается базовая величина 36), при этом возрастают потери в стали СГ, приближаясь по величине к дР,*1СГхх. При q>7 для оценки дР‘аСГ можно пользоваться значением относительных потерь в стали в режиме холостого хода. Изменение q от 0 до 7 в рассматриваемом примере приводит к уменьшению КПД с 0,94 до 0,92, т. е. темп увели-

1 В качестве относительных единиц используются величины, предложенные в [1], д=1429 об/мин.