Потери энергии при работе коллекторного двигателя и мотор-редуктора

Потери энергии, возникающие при работе электродвигателя
Неизменным процессом в работе электродвигателя является возникновение потерь энергии. Причем существует градация потерь в зависимости от способа их возникновения – основные и добавочные. Последние – это те, что не были учтены при расчете основных. А на типах основных потерь остановимся подробнее. Они, в свою очередь, подразделяются на:

• Механические. Этот тип потерь зависит от состояния трущихся поверхностей и от скорости вращения двигателя и редуктора (так называемые, потери в подшипниках), давления на щетки и их трения о коллектор, от рода вентиляции. Последняя составляющая может возникать как при охлаждении электродвигателя воздухом, при охлаждении водородом и водой, так и в электрических машинах со встроенным вентилятором. Таким образом, механические потери в большинстве своем обусловлены конструкцией электропривода, и могут быть уменьшены (но не исключены) исходя из этого факта.

• Магнитные. Говоря о двигателях постоянного тока, следует отметить что данный тип потерь возникает только в якоре (при расчете отдельно рассматриваются сердечник якоря и его зубцы), по своей природе возникновения магнитные потери отсутствуют в полюсах и станине электродвигателя постоянного тока. Состоят они из потерь на гистерезис и на вихревые токи и, как правило, зависят от марки стали, индукции и перемагничивания сердечников активной стали, а также от технологических факторов исполнения двигателя.

• Электрические. Эти потери возникают в проводниках обмоток, соединительных шинах и проводах. При расчете отдельно рассматриваются обмотки фазы двигателя, обмотки якоря и прочие. Кроме того, при определении КПД учитываются электрические потери в регулировочных реостатах. Полные потери рассчитываются как сумма всех рассмотренных типов потерь.

Потери при использовании редуктора
Понижающий редуктор, входит в состав мотор-редуктора, и выбирается исходя из монтажного пространства и типа соединения с приводимым механизмом. Потери, возникающие при использовании редуктора, чаще всего связаны с трением в зубчатом зацеплении и подшипниках, и с перемешиванием смазочного материала при смазке. Потери мощности прямо пропорциональны изменению частоты вращения на входе редуктора.
Коэффициент полезного действия
Одной из излюбленных тем при использовании электрических машин является увеличение ее КПД. В этом заинтересованы многие ученые, однако увеличить, не значит приравнять к 100%. КПД определяется отношением отдаваемой мощности к потребляемой. А потери мощности при изменении нагрузки могут быть как постоянными, так и переменными, таким образом, коэффициент полезного действия будет максимальным в ситуации, когда электрические потери в обмотках будут равны сумме механических, магнитных и вентиляционных потерь в машине. Добиться КПД в 100%, значит изобрести вечный двигатель, что, прямо скажем, в наше время невозможно, однако привести его значение близким к 100% реально при условии работы машины при нагрузках, близких к номинальным.
При рассмотрении двигателя с редуктором на первый план выходит тип механической передачи, так как потери мощности различаются у разных типов редукторов. Наибольшие потери и наименьший КПД дают мотор-редукторы с червячной передачей. Больший выигрыш в механических потерях энергии дают планетарные и цилиндрические мотор-редукторы. Наилучшим КПД обычно обладают приводы с цилиндрической передачей.