Во время работы часть потребляемой электрической машиной энергии расходуется на нагрев ее деталей. Поэтому механическая энергия на валу двигателя всегда меньше, чем потребляемая им электрическая энергия, а электрическая энергия, которую отдает в сеть генератор, меньше, чем механическая энергия, затрачиваемая на вращение его ротора. Разность между потребляемой и отдаваемой энергиями не может быть использована для полезной деятельности. Эта часть энергии как бы «теряется». Поэтому ее называют потерями и для удобства сравнения с мощностью машины оценивают за единицу времени и выражают в единицах мощности.
Потери в машинах в зависимости от вызывающих их физических процессов подразделяют на электрические, магнитные, механические и вентиляционные. Те части машины, в которых возникают потери, нагреваются. Электрические потери вызывают нагрев обмоток статора и ротора проходящими по ним токами; магнитные потери — нагрев магнитопровода из-за вихревых токов, наводящихся в нем переменным магнитным потоком, и перемагничивания стали; механические потери — нагрев подшипников из-за трения при работе машины. К вентиляционным потерям относят мощность, которую надо затратить для вращения вентилятора, охлаждающего электрическую машину, и на трение вращающихся частей машины о воздух. Все другие виды потери, возникающие при работе электрической машины, называют добавочными. Они невелики и обычно не превышают нескольких процентов от суммы всех потерь в машине.
Коэффициентом полезного действия (кпд) электрической машины, так же как и всякой другой машины, называют отношение отдаваемой мощности к потребляемой, выраженное в процентах: η=(Р2/Р1)х100. В электрических двигателях Р2 — мощность, которую двигатель передает соединенному с ним механизму, т. е. мощность на валу двигателя, a P1 потребляемая двигателем мощность из электрической сети; в генераторах Р2 — электрическая мощность, отдаваемая генератором в сеть, а Р1 — мощность, затрачиваемая на вращение вала генератора.
Кпд электрических машин очень высок. Он больше, чем в каких-либо других видах машин. Кпд мощных синхронных генераторов — турбогенераторов и гидрогенераторов — превышает 98%. Это значит, что на потери расходуется меньше 2% потребляемой ими энергии пара или воды. С уменьшением мощности машины ее кпд снижается. В машинах средней мощности он уменьшается до 80—90%, а машины мощностью меньше 1 кВт имеют кпд не выше 50—60%.
Каждая электрическая машина рассчитана на работу при определенном напряжении сети, с определенными частотой вращения, током и мощностью. Эти данные называют номинальными и указывают на паспортной табличке, которую укрепляют на корпусе машины. Если электрический двигатель или генератор нагрузить больше, чем указано в паспортной табличке, его нагрузка и ток в его обмотках будет также больше номинального. Электрические потери возрастут, нагрев обмоток увеличится и может превзойти допустимый для их изоляции предел. Изоляция обмоток потеряет электрическую прочность, машина выйдет из строя.
Чтобы снизить нагрев при работе, электрическую машину охлаждают. Наиболее распространено воздушное охлаждение — поток воздуха с помощью вентилятора, установленного на валу машины (см. рис. 1). Машина охлаждается лучше, если вместо воздуха обдувать ее наиболее нагревающиеся части водородом. Водородное охлаждение много сложнее и дороже воздушного, поэтому его применяют лишь в ответственных машинах большой мощности, чаще всего в турбогенераторах.
Еще более интенсивное охлаждение обмоток достигается водой. Обмотки машин с водяным охлаждением выполняются из полых проводников, по внутренним каналам которых пропускается дистиллированная вода. Водяное охлаждение применяют в наиболее крупных гидрогенераторах и турбогенераторах. Все электрические машины общего назначения имеют воздушное охлаждение.
