Реакция якоря машины постоянного тока

При работе машины в режиме нагрузки магнитные поля создаются как обмоткой возбуждения, так и обмоткой якоря. (Следует отметить, что при вращении якоря его магнитное поле не меняет своего положения в пространстве.) Эти магнитные поля показаны на рисунке 7.6.1.

Рис. 7.6.1.

Магнитное поле возбуждения симметрично относительно оси магнитных полюсов, а поле якоря симметрично относительно линии, соединяющей щетки машины. Происходит наложение поля якоря на поле возбуждения. Влияние поля якоря на поле возбуждения получило название реакции якоря. Характер реакции якоря зависит от положения щеток, которое можно изменять.

Рассмотрим сначала случай, когда щетки у якоря генератора расположены на геометрической нейтрали. Из рассмотрения рисунка 7.6.1 следует заключить, что с набегающей стороны каждого полюса линии магнитной индукции имеют встречное направление, а со сбегающей — одинаковое. Поэтому под набегающим краем полюса результирующее значение магнитной индукции уменьшается, а под сбегающим — увеличивается. Это ведет к искажению и повороту поля возбуждения. Картина результирующего магнитного поля показана на рисунке 7.6.2.

Рис. 7.6.2.

Точки на поверхности якоря, где значение магнитной индукции равно нулю, сместились в сторону вращения. Линия, проходящая через эти точки, называется физической нейтралью (ФН). Следовательно, у генератора физическая нейтраль поворачивается в сторону вращения. (Аналогично можно доказать, что физическая нейтраль у двигателей поворачивается в сторону, противоположную вращению якоря.)

Если машина работает на прямолинейном участке основной кривой намагничивания (рис. 7.6.3), то размагничивающее и намагничивающее действия взаимно компенсируются и результирующий поток возбуждения не отличается от начального значения.

Рис. 7.6.3.

Но намагниченность сбегающего края полюса может достигать значений, близких к насыщению, и тогда увеличение магнитной индукции у сбегающего края полюса произойдет в меньшей степени, что и приведет к уменьшению потока возбуждения.

Уменьшение потока возбуждения можно объяснить и увеличением магнитного сопротивления участка, проходящего через сбегающий край полюса. На рисунке 7.6.3 видно, что с увеличением напряженности магнитного поля Я значение магнитной проницаемости ведет к увеличению магнитного сопротивления.

(R_m ——), а следовательно, и к уменьшению магнитного потока возбуждения.

Однако уменьшение магнитного потока не является значительным, и можно считать, что поперечная реакция якоря только искажает поле возбуждения, не изменяя его величины.

Появление поперечной реакции якоря ведет к тому, что на щетках, установленных на геометрической нейтрали, переключение секций обмотки якоря происходит в тот момент, когда индуцированная в них ЭДС не равна нулю (см. рис. 7.6.2), а это ведет к образованию искрения на коллекторе и его разрушению. Поэтому щетки надо передвинуть на физическую нейтраль (рис. 7.6.4). Но при этом происходит перераспределение токов в активных проводниках якорной обмотки, и все проводники можно разделить на две группы: 1) проводники, лежащие в пределах угла Д создают поперечную реакцию якоря, роль которой рассмотрена выше; 2) проводники, лежащие в пределах угла 2а, создают продольную и размагничивающую реакции якоря.

Рис. 7.6.4.

Таким образом, при сдвиге щеток с геометрической нейтрали в сторону вращения у генератора (и против вращения у двигателя) всегда происходит уменьшение потока возбуждения под влиянием размагничивающего действия поля якоря.

С увеличением тока в обмотке якоря увеличивается и угол сдвига физической нейтрали, а следовательно, размагничивающее действие обмотки якоря возрастает.

Необходимо еще раз обратить внимание, что при изменении нагрузки на генератор или двигатель, т. е. с изменением тока в обмотке якоря соответственно будет изменяться и значение угла а.