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电工机械的分类

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作者:admin    来源:未知    发布时间:2019-10-28 22:59    浏览量:

  第 8 章 直流電機的損失與效率 學習重點 1.瞭解直流電機的能量轉換。 2.瞭解直流電機的損失。 3.瞭解直流電機的效率。 8-1 8-2 8-3 直流電機的能量轉換 直流電機的損失 直流電機效率 本章彙總 8-1 直流電機的能量轉換 任何能量轉換系統都無法將輸入能量全部轉換為有 用的輸出能量,其中必有部分能量耗損於能量轉換 系統內,並轉變為損耗的熱能損失,這些耗損一般 稱之為損失(Loss)。 節目次 1.直流發電機 動能(機械能) → 電能 2.直流電動機 電能 → 動能(機械能) 節目次 8-2 直流電機的損失 直流電機在能量轉換過程中的損失,可歸納為旋轉 損(Rotational losses)、電機銅損(Electrical losses)、雜散負載損(Stray load losses)三大類, 分別說明如下。 節目次 8-2.1 旋轉損 直流電機的損失 旋 轉 損 機械損 影響因素 損失大小決定方法 由實驗決定。 軸承摩擦損 轉速 電刷摩擦損 轉速 風阻損 電樞鐵心損 磁滯損 渦流損 轉速 轉速與磁通密度 Ph=KhBm2 f 轉速與磁通密度 Pe=KeBm2 f 2t2 1.機械損 可分為軸承摩擦損、電刷摩擦損及風阻損三種,該 損失與轉速快慢成正比。 2.電樞鐵心損 電樞鐵心因磁通變化所形成的損失,又稱為鐵損, 可分為磁滯損及渦流損兩種。 (1)磁滯損 Ph:電樞鐵心因磁滯現象所引起的損失, 即: (2)渦流損 Pe:鐵心因渦流作用所引起的功率損耗, 即: 3.公式中的代號意義 代號 意義 Ph 磁滯損 Kh 磁滯係數 Bm 最大磁通密度 f 每秒轉速 代號 意義 Pe 渦流損 Ke 渦流係數 t 每片鐵心厚度 4.結論 為了抑制渦流損,應採用疊片製成的鐵心;為了減 少磁滯損,必須採用磁阻低的矽鋼板為鐵心。綜合 以上說明,電樞鐵心應採用薄矽鋼片層層疊製而成 較為理想。 1 有一電機於每極有 2×106 線磁通時,每分鐘轉速為 800 轉,其渦流損為 600 瓦特。若磁通增加到每極有 3×106 線,轉速提高到每分鐘 1200 轉,則渦流損為若干? ∵ ?1=2×106,n1=800 轉/分,Pe1=600 瓦特, ?2=3×106,n2=1200 轉/分, 渦流損 Pe=KeBm2 f 2t2 n2 2 ?2 2 1200 2 3× 106 2 ∴ Pe2= Pe1 ( ) ( ) =600× ( ) × ( ) 6 n1 ?1 800 2× 10 =3037.5(瓦特) 8-2.2 電機銅損 係指電機內各繞組因電流流過所造成的 I 2R 損失, 可分為變值損與定值損兩種。 直流電機的損失 電樞繞組銅損 電 機 銅 損 影響因素 負載 損失大小決定方法 PRa=Ia2Ra 串激場繞組銅損 負載 變值損 中間極繞組銅損 負載 補償繞組銅損 負載 PRs=Is2Rs PRce=Ia2Rce PRc=Ia2Rc 電刷接觸銅損 負載 Pb=VbIa 2 Vt 定值損 分激場繞組銅損 分激場端電壓 PRf= Rf 8-2.3 雜散負載損 直流電機的損失 雜散負載損 影響因素 電樞反應 換向環流 極面損失 損失大小決定方法 1.美國:1% 額定輸出。 2.日本、德國: 有補償繞組時:0.5% 額定輸出。 無補償繞組時:1% 額定輸出。 雜散負載損的發生原因包括以下幾點: 1.電樞導體及換向片因集膚作用所引起的損失。 2.電樞反應引起磁通變形所增加的鐵損。 3.電樞線圈換向時,短路電流所增加的銅損。 4.主磁極表面所產生的極面損失。 5.每條路徑因電壓不等,在電樞繞組內引起環流時所增 加的銅損。 節目次 8 -3 1.實測效率 直流電機效率 直流電機的效率(Efficiency)有實測效率及公定效 率之分。若以實際測量所得的電機輸出及輸入功率 來計算,即稱為實測效率,以 ? 表示,通常會加上 百分比,即: 節目次 2.公定效率 由於發電機或電動機的機械功率均難以精確測得, 因此通常會先計算各項損失,再求其效率,而以這 種方法求得的效率,稱為公定效率(Conventional efficiency,又稱慣用效率),即: 【註】Po 為輸出功率, Pin 為輸入功率,Ploss 為損失功率。 3.全日效率 一般而言,直流電機經常是全天運轉,而負載則是 變動不定,因此必須以全日效率來決定其運轉特性。 所謂全日效率(All day efficiency)就是指一天 24 小時輸出總能量與輸入總能量的百分率比值,即: 2 有一 10 馬力的直流電動機,接於 100 伏特的直流電源, 滿載時取用電流為 84 安培,試求該電動機的效率? ∵ Po=10 馬力=10×746=7460 瓦特,n1=800 轉/ 分,Vt=100 伏特,IL=84 安培 Po Po 7460 ? 100%= ? 100% ∴ 電動機效率 ?M= = Pin Vt I L 100 ? 84 =88.8% 3 有一額定為 4500 瓦特的直流發電機,滿載時總損失為 500 瓦特,則該發電機滿載效率 ?G 為若干? ∵ Po=4500 瓦特,Ploss=500 瓦特 Po ∴ 發電機滿載效率 ?G= ? 100% Po+Ploss 4500 = ? 100% =90% 4500+500 4 有一部分激式直流電動機,若自 200 伏特電源取用 40 安培電流,其總損失為 2000 瓦特,試求其效率? ∵ Vt=200 伏特,IL=40 安培,Ploss=2000 瓦特 Pin-Ploss Vt I L-Ploss ∴ ? M= ? 100%= ? 100% Pin Vt I L 200 ? 40-2000 = ?100% =75% 200 ? 40 5 有一部 250 仟瓦、250 伏特的長並聯複激式直流發電機, 以 250 伏特電壓供給 800 安培電流,其分激場電流為 10 安培,電樞電阻為 0.005 歐姆,串激場電阻 Rs 為 0.002 歐姆。在該負載時,其旋轉損及雜散負載損合計為 2908 瓦特,則其效率為若干? ∵ IL=800 安培,If=10 安培,VL=250 伏特,Ra= 0.005 歐姆,Rs=0.002 歐姆,PS+Pd=2908 瓦特 → Ia=IL+If=800+10=810(安培) Po=VLIL=250×800=200000(瓦特) PRf=VLIf=250×10=2500(瓦特) PRa=Ia2Ra=8102×0.005=3280.5(瓦特) PRs=Is2Rs=8102×0.005=1312.2(瓦特) PS+Pd=2908(瓦特) Ploss=2500+3280.5+1312.2+2908 ≒10000(瓦特) 200000 ∴ ?G= Po ? 100%= ? 100% ≒95.2% Po+Ploss 200000+ 10000 6 有一部 100 仟瓦的直流發電機,滿載時其定值損及變值 損均為 6 仟瓦,在半載時的變值損為 1.5 仟瓦,若此發 電機整日運轉情況為:滿載 4 小時,半載 12 小時,無 載 8 小時,則其全日效率為若干? Wo=100 仟瓦×4 小時+0.5×100 仟瓦×12 小時 =1000(仟瓦-小時) Wi=6 仟瓦×24 小時=144(仟瓦-小時) 節目次 Wuc=(0.5)2×6 仟瓦×12 小時+6 仟瓦×4 小時 =42(仟瓦-小時) Wo 1000 ∴ ?AD= ? 100%= ? 100%≒84.3% Wo+Wloss 1000+ 144+42 本章彙總 1.損失:能量轉換過程中,產生了非原來期望的能 量。 2.定值損:與負載大小無關的損失。 3.變值損:隨負載大小改變的損失。 輸出 4.實測效率:?= ? 100% 輸入 節目次 本章彙總 5.公定效率(又稱慣用效率): P o (1)發電機效率 ?G= ? 100% Po+Ploss Pin-Ploss (2)電動機效率 ?M= ? 100% Pin 6.全日效率:?AD= 全日輸出電能 ? 100% 全日輸入電能 節目次 回首頁

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