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Verluste in einem Gleichstromgenerator und Gleichstrommotor

Ein Gleichstromgenerator wandelt mechanische Leistung in umelektrische Energie und ein Gleichstrommotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Bei einem Gleichstromgenerator liegt die Eingangsleistung daher in mechanischer Form und die Ausgangsleistung in elektrischer Form vor. Bei einem Gleichstrommotor liegt die Eingangsleistung dagegen in elektrischer Form und die Ausgangsleistung in mechanischer Form vor. In einer praktischen Maschine kann die gesamte Eingangsleistung nicht in Ausgangsleistung umgewandelt werden, da beim Umwandlungsprozess etwas Energie verloren geht. Dies bewirkt das Effizienz der Maschine reduziert werden. Der Wirkungsgrad ist das Verhältnis der Ausgangsleistung zur Eingangsleistung. Um rotierende Gleichstrommaschinen (oder irgendeine elektrische Maschine) mit höherer Effizienz zu konstruieren, ist es daher wichtig, die in ihnen auftretenden Verluste zu untersuchen. Verschiedene Verluste in einer rotierenden Gleichstrommaschine (Gleichstromgenerator oder Gleichstrommotor) kann wie folgt charakterisiert werden:

Verluste in einer rotierenden Gleichstrommaschine

  • Kupferverluste
    1. Anker-Cu-Verlust
    2. Feld Cu-Verlust
    3. Verlust durch Bürstenkontaktwiderstand
  • Eisenverluste
    1. Hysterese-Verlust
    2. Wirbelstromverlust
  • Mechanische Verluste
    1. Reibungsverlust
    2. Windverlust
Der obige Baum kategorisiert verschiedene Arten von Verlusten, die in einem Gleichstromgenerator oder Gleichstrommotor auftreten. Jedes davon wird im Detail erklärt.

Kupferverluste

Diese Verluste treten in Anker- und Feldkupferwicklungen auf. Kupferverluste bestehen aus Ankerkupferverlust, Feldkupferverlust und -verlust durch Bürstenkontaktwiderstand

Ankerkupferverlust = Ichein2Rein (wo ichein = Ankerstrom und Rein= Ankerwiderstand)
Dieser Verlust trägt etwa 30 bis 40% zu den Volllastverlusten bei. Der Ankerkupferverlust ist variabel und hängt von der Belastung der Maschine ab.

Feldkupferverlust = Ichf2Rf (wo ichf = Feldstrom und Rf = Feldwiderstand)
Bei einem Shunt-Verwundungsfeld ist der Feldkupferverlust praktisch konstant. Es trägt etwa 20 bis 30% zu den vollen Lastverlusten bei.

Bürstenkontaktwiderstand trägt auch zu den Kupferverlusten bei. Im Allgemeinen ist dieser Verlust im Ankerkupferverlust enthalten.

Eisenverluste (Kernverluste)

Da der Ankerkern aus Eisen besteht und sich in einem Magnetfeld dreht, wird auch im Kern selbst ein kleiner Strom induziert. Aufgrund dieser Strömung Wirbelstromverlust und Hysterese-Verlust im Ankereisenkern auftreten. Eisenverluste werden auch als bezeichnet Kernverluste oder magnetische Verluste.

Hysterese-Verlust liegt an der Umkehrung der Magnetisierung derAnkerkern. Wenn der Kern ein Paar von Polen durchläuft, durchläuft er einen vollständigen Umkehrzyklus. Die Frequenz der magnetischen Umkehrung ist gegeben durch f = P.N / 120 (wobei P = Polzahl und N = Drehzahl in U / min)
Der Verlust hängt vom Volumen und dem Eisengehalt, der Häufigkeit der magnetischen Umkehrungen und dem Wert der Flussdichte ab. Der Hysterese-Verlust ergibt sich aus der Steinmetz-Formel:
Wh= ηBmax1.6fV (Watt)
wobei η = Steinmetz-Hysterese-Konstante
V = Volumen des Kerns in m3

Wirbelstromverlust: Wenn sich der Ankerkern im Magneten drehtIm Feld wird auch eine EMK im Kern induziert (genau wie in Ankerleitern), gemäß dem Faraday'schen Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Obwohl diese induzierte EMK klein ist, verursacht sie einen starken Stromfluss im Körper Der niedrige Widerstand des Kerns. Dieser Strom wird als Wirbelstrom bezeichnet. Die durch diesen Strom verursachte Verlustleistung wird als Wirbelstromverlust bezeichnet.

Mechanische Verluste

Mechanische Verluste bestehen aus Reibungsverlusten in Lagern und Kommutatoren. Dazu trägt auch der Luftreibungsverlust des rotierenden Ankers bei.
Diese Verluste betragen etwa 10 bis 20% der Volllastverluste.

Streuverluste

Zusätzlich zu den oben genannten Verlusten kann es seinkleine Verluste vorhanden sein, die als Streuverluste oder sonstige Verluste bezeichnet werden. Diese Verluste sind schwer zu berücksichtigen. Sie sind normalerweise auf Ungenauigkeiten bei der Konstruktion und Modellierung der Maschine zurückzuführen. In den meisten Fällen werden Streuverluste mit 1% der Volllast angenommen.

Stromflussdiagramm

Die einfachste Methode, um diese Verluste in einem Gleichstromgenerator oder einem Gleichstrommotor zu verstehen, ist die Verwendung der Stromflussdiagramm. Das Diagramm visualisiert die Menge an Leistungist bei verschiedenen Arten von Verlusten und der tatsächlich in den Ausgang umgerechneten Leistung verloren gegangen. Nachfolgend sind die typischen Leistungsdiagramme für einen Gleichstromgenerator und einen Gleichstrommotor dargestellt.

Leistungsflussdiagramm eines Gleichstromgenerators


Leistungsflussdiagramm eines Gleichstrommotors

Bemerkungen