آموزش طراحی وب و برق - انواع تلفات در ماشین های جریان مستقیم

هنگام تبدیل انرژی، مقداری انرژی ورودی در ماشین های الکتریکی تبدیل به حرارت می شود. این انرژی قابل استفاده نیست و مقدار آن در واحد زمان، تلفات ماشین نامیده می شود. تلفات ماشین های الکتریکی صنعتی حدود 2 تا 10 درصد قدرت ورودی آنهاست اما با توجه به مقدار عظیم انرژی الکتریکی که در حال حاضر به وسیۀ ماشین های الکتریکی تبدیل می گردد تلفات آنها حائز اهمیت است. از سوی دیگر چون انرژی تلف شده در ماشین های الکتریکی تبدیل به حرارت می شود، لذا قسمت های مختلف آنها را گرم می کند.

تجربه نشان داده است که ماشین های الکتریکی در صورتی می توانند در مدّت 16 تا 20 سال بطور اطمینان بخش کار کنند که حرارت هیچ یک از قسمتهای آنان از حد معیّنی تجاوز ننمایند. پس شرایط تهویه ماشین باید به صورتی باشد که بتواند از افزایش درجه حرارت آن جلوگیری بعمل آورد.

تلفات ماشینهای الکتریکی جریان مستقیم dc را می توان چنین تقسیم بندی نمود:

1ـ تلفات مکانیکی یا اصطکاکی

2ـ تلفات آهنی یا تلفات هسته

3ـ تلفات مسی

تلفات مکانیکی بعلت اصطکاک محور ماشین در یاتاقانها و اصطکاک جاروبک ها با کلکتور و مقاومت هوا به وجود می آید. این تلفات برای ماشین مشخصیف تابع دور محور ماشین می باشد و آن را با P_mec نشان می دهیم.

تلفات هسته از تلفات هیستر زیس و تلفات ناشی از جریانهای گردابی در هستۀ آرمیچر تشکیل می شود و آن را با PFe نشان می دهیم. مقدار این تلفات برای ماشین مشخص، تابع دور محور و مقدار ولتاژ القایی EA می باشد تلفات مسی یا ژولی ماشین های dc در اثر عبور جریان از سیم پیچهای تحریک آرمیچر و دیگر سیم پیچهای موجود در ماشین از قبیل سیم پیچهای جبرانگر و قطبهای کمکی و همچنین جاروبک ها بوجود می آید.

نکته: مجموع تلفات آهنی و مکانیکی که از بی باری تا بار کامل تغییر چندانی ندارد، تلفات ثابت ماشین نامیده می شود. در حال یکه تلفات مسی در بارهای مختلف تغییر می کند و به آن تلفات متغیر می گویند.

طریقۀ بدست آوردن تلفات در ماشین های dc

تلفات مس در موتور تلفات I²R مدارهای آرمیچر و میدان موتور است. این تلفات را می توان با دانستن جریانهای ماشین و دو مقاومت به دست آورد. برای تعیین مقاومت مدار آرمیچر ماشین، روتور آن را نگه می داریم تا نتواند حرکت کند و یک ولتاژ dc کوچک به پایانه های آرمیچر اعمال می کنیم. این ولتاژ را طوری تنظیم می کنیم که جریان آرمیچر با جریان نامی آرمیچر ماشین برابر شود. نسبت ولتاژ اعمالی به جریان آرمیچر R_A است. دلیل این است که در این آزمایش جریان آرمیچر را به حدود جریان نامی بار کامل می رسانیم این است که R_A با افزایش دما زیاد می شود و به ازای جریان نامی بار کامل سیم پیچی ارمیچر تقریباً همان شرایطی را دارد که در شرایط عادی کار خود دارد.

مقاومت به دست آمده کاملاً دقیق نیست، زیرا،

1ـ اثر خنک سازی چرخش موتور در این حالت وجود ندارد.

2ـ چون در شرایط عادی کار در هادیهای روتور یک ولتاژ ac وجود دارد. کمی اثر پوستی وجود دارد که باعث افزایش مقاومت آرمیچر می شود.

استاندارد 113IEEE در مورد روشهای آزمایش ماشینهای dc است. در این استاندارد روش دقیقتری برای اندازه گیری R_A بیان شده است و در صورت لزوم می توان از آن استفاده کرد.

مقاومت میدان با اعمال ولتاژ نامی میدان به مدار میدان و اندازه گیری جریان حاصل تعیین می شود. مقاومت میدان R_F نسبت ولتاژ میدان به جریان میدان است.

تلفات افت جاروبک غالباً به طور تقریبی در تلفات مس گنجانده می شود. اگر بخواهیم این دو را به طور مجزا در نظر بگیریم باید از نمودار پتانسیل جاروبک بر حسب جریان برای جاروبک موردنظر استفاده کنیم. تلفات افت جاروبک با حال ضرب افت ولتاژ جاروبک V_BD و جریان آرمیچر I_A برابر است.

تلفات هسته و مکانیکی معمولاً با هم در نظر گرفته می شوند. اگر بگذاریم موتور در حالت بی باری آزادانه و با سرعت نامی بچرخند، توان خروجی ماشین صفر است.چون موتور بار ندارد، IA خیلی کوچک و تلفات مس آرمیچر قابل چشم پوشی است. بنابراین اگر تلفات مس میدان را از توان ورودی موتور کم کنیم، توان باقیمانده باید با تلفات مکانیکی و تلفات هسته در آن سرعت برابر باشد. این تلفات را تلفات چرخشی بی باری موتور می نامند. اگر سرعت موتور در حدود سرعتی که تلفات چرخشی بی باری را در آن اندازه گرفته ایم باشد، این تلفات تقریب خوبی از تلفات هسته و مکانیکی ماشین تحت بار است.

تلفات چرخشی در بار کامل اساساً با تلفات چرخشی در بی باری برابر است، زیرا سرعتهای بار کامل و بی باری موتور تفاوت چندانی ندارند. این تلفات را می توان با تعیین توان ورودی به مدار آرمیچر در بی باری و فرض ناچیز بودن تلفات مس آرمیچر و افت جاروبکها به دست آورد، به این معنی که توان ورودی بی باری آرمیچر را با تلفات چرخشی برابر گرفت.