三相交流发电机的损耗和效率

三相交流发电机的损耗

三相交流发电机中发生的损耗可分为以下四类 -

  • 铜损

  • 铁损或铁损

  • 机械损失

  • 杂散负载损耗

阅读本节，了解有关三相交流发电机中发生的损耗类型的更多信息。

铜损

交流发电机的电枢绕组和转子绕组由于电流流过时的电阻而产生铜损。因此，这些损耗也称为I 2 R损耗。

铁或铁芯损耗

铁损或铁损发生在交流发电机的定子铁芯、转子铁芯等铁部件中。这些损耗包括磁滞损耗和涡流损耗。由于交流发电机的各个铁部件受到变化的磁场的影响，因此会产生铁芯损耗。

机械损失

机械损失发生在交流发电机的转子、轴、轴承等移动或旋转部件中。机械损失主要有两种类型，即摩擦损失和风阻损失。摩擦损失是由于交流发电机中的轴承的摩擦造成的，而风阻损失是由于交流发电机的旋转部件与交流发电机壳体内的空气之间的摩擦造成的。

杂散负载损耗

此类别包括交流发电机中不易确定的损耗。这些损失也称为杂项损失。杂散负载损失可能是由于以下原因 -

  • 由于电枢反应而导致主磁场磁通畸变。

  • 电流在电枢导体横截面上的分布不均匀。

在实际计算中，我们取杂散负载损耗为满载损耗的1%。

笔记

  • 铁损和机械损失一起称为旋转损失，因为这些损失由于转子的旋转而发生在交流发电机中。

  • 交流发电机中发生的所有这些损失都会转化为热量，导致温度升高并降低交流发电机的效率。

三相交流发电机的效率

交流发电机的输出功率与输入功率之比称为交流发电机的效率。效率通常以百分比表示。

$\mathrm{\mathrm{效率,} \: \eta \:=\:\frac{输出功率}{输入功率}\times 100\%\:=\:\frac{输出功率{输出\:功率+损耗}\乘以100\%}$

现在，我们将推导三相交流发电机的效率表达式。为此，请考虑以滞后功率因数运行的三相交流发电机。

让，

  • V = 每相端电压

  • I a = 每相电枢电流

  • cos $\phi$ = 负载功率因数（滞后）

因此，三相交流发电机的输出功率由下式给出：

$$\mathrm{\mathit{P_{0}}\:=\:3\:\mathit{VI_{a}cos\:\phi }}$$

交流发电机的损耗为，

$$\mathrm{\mathrm{电枢\:铜\:损耗,}\mathit{P_{cu}}\:=\:3\:\mathit{I_{\mathit{a}}^{\mathrm{2 }}R_{a}}}$$

$$\mathrm{\mathrm{磁场绕组:铜损耗}\:=\:\mathit{V_{f}I_{f}}}$$

其中，V f是励磁绕组上的直流电压，I f是直流励磁电流。

$$\mathrm{\mathrm{旋转损耗,}\mathit{P_{r}}\:=\:\mathrm{核心损耗\:+\:机械损耗}}$$

$$\mathrm{\mathrm{杂散负载损耗}\mathit{P_{s}}}$$

$$\mathrm{\因此 \mathrm{交流发电机的总损耗}\mathit{P_{损耗}}\:=\:3\:\mathit{I_{a}^{2}R_ {a}\:+\:P_{r}\:+\:P_{s}\:+\:V_{f}I_{f}}}$$

由于转子的旋转速度是恒定的，因此旋转损失是恒定的。励磁绕组铜损也是恒定的。如果我们假设杂散负载损耗是恒定的。然后，我们有，

$$\mathrm{\mathrm{总常数损失,}\mathit{P_{c}}\:=\:\mathit{P_{r}\:+\:P_{s}\:+\ :V_{f}I_{f}}}$$

$$\mathrm{\因此\:\mathrm{变量损失} \:=\:\mathrm{3}\mathit{I_{a}^{\mathrm{2}}R_{a}}}$$

因此，交流发电机的效率由下式给出：

$$\mathrm{\eta \:=\:\frac{\mathit{P_{0}}}{\mathit{P_{0}+\mathrm{损失}}}\:=\:\frac{3\ mathit{VI_{a}cos\phi }}{3\mathit{VI_{a}cos\phi \:+\:\mathrm{3}\mathit{I_{a}^{\mathrm{2}}R_{ a}}\:+P_{c}}}\cdot \cdot \cdot (1)}$$

方程 1 可用于确定三相交流发电机的效率。

最大效率的条件

当可变损耗等于恒定损耗时，交流发电机的效率将达到最大，即

$$\mathrm{\mathit{P_{c}}\:=\:3\:\mathit{I_{a}^{\mathrm{2}}R_{a}}\cdot \cdot \cdot (2) }$$

实际上，交流发电机的最大效率通常出现在满额定负载的 85% 左右。

数值例子

三相交流发电机每相端电压为230V，每相电枢电流为14.4A。交流发电机电枢回路的电阻为0.5Ω，恒定损耗为200瓦。如果交流发电机以 0.8 滞后功率因数向负载供电，请计算交流发电机的效率和最大效率。

解决方案

$$\mathrm{\mathrm{效率,}\eta \:=\:\frac{3\mathit{VI_{a}cos\phi }}{3\mathit{VI_{a}cos\phi \:+\ :\mathrm{3}\mathit{I_{a}^{\mathrm{2}}R_{a}}\:+P_{c}}}}$$

$$\mathrm{\Rightarrow\:\eta \:=\:\frac{3\times 230\times 14.4\times 0.8}{\left ( 3\times 230\times 14.4\times 0.8 \right )\:+ \:\左 ( 3\乘以 14.4^{2}\乘以 0.5 \右 )\:+\:200}}$$

$$\mathrm{\因此 \eta \:=\:0.9395\:=\:93.95\%}$$

为了使交流发电机的效率最大化，

$$\mathrm{\mathit{P_{c}}\:=\:3\:\mathit{I_{a}^{\mathrm{2}}R_{a}}}$$

$$\mathrm{\因此 \eta_{max} \:=\:\frac{3\mathit{VI_{a}cos\phi }}{3\mathit{VI_{a}cos\phi \:+\: \mathrm{2}\mathit{P_{c}}}}\:=\:\frac{3\times 230\times 14.4\times 0.8}{\left ( 3\times 230\times 14.4\times 0.8 \right )\:+\:\左 (2\乘以 200 \右 )}}$$

$$\mathrm{\因此 \eta_{max} \:=\:0.9521\:=\:95.21\%}$$