电工机械I电子教案-第8章.ppt.ppt

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。 直流電機的能量轉換 8-1 8-2 直流電機的損失 直流電機效率 8-3 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 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。 直流電機的損失 影響因素 損失大小決定方法 旋 轉 損 機械損 軸承摩擦損 轉速 由實驗決定。 電刷摩擦損 轉速 風阻損 轉速 電樞鐵心損 磁滯損 轉速與磁通密度 Ph＝KhBm2 f 渦流損 轉速與磁通密度 Pe＝KeBm2 f 2t2 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 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。 代號 Ph Kh Bm f 意義 磁滯損 磁滯係數 最大磁通密度 每秒轉速 代號 Pe Ke t 意義 渦流損 渦流係數 每片鐵心厚度 　　　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 　 ∴ Pe2＝ 　　　 ＝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 影響因素 損失大小決定方法 電 機 銅 損 變值損 電樞繞組銅損 負載 PRa＝Ia2Ra 串激場繞組銅損 負載 PRs＝Is2Rs 中間極繞組銅損 負載 PRce＝Ia2Rce 補償繞組銅損 負載 PRc＝Ia2Rc 電刷接觸銅損 負載 Pb＝VbIa 定值損 分激場繞組銅損 分激場端電壓 PRf＝ 8-2.3　雜散負載損 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。 直流電機的損失 影響因素 損失大小決定方法 雜散負載損 電樞反應 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。 換向環流 極面損失 節目次 8-3 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： 1.實測效率 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 　 ∴ 電動機效率 ?M＝ 　　　　　　　　　＝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