Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий

§ 2.3. РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

Поле машины при холостом ходе. При холостом ходе (I_а = 0) магнитный поток машины создается м. д. с. возбуждения. Направление потока в якоре на рис. 2.17, а показано стрелкой. Поток жестко связан с полюсами и направлен по оси полюсов, независимо ни от скорости вращения якоря, ни от положения щеток. На рис. 2.3,а представлено распределение индукции В потока полюсов в воздушном зазоре, кривая 1 на рис. 2.18, в повторяет это распределение.

Точки, в которых кривая распределения индукции проходит через нуль, определяют положение так называемой нейтрали. Кривая 1 индукции B_ох, обусловленной потоком, создаваемым полюсами, проходит через нуль в точке г (рис. 2.18, в), которая находится посередине между полюсами. Определяемая этой точкой нейтраль гг' (рис. 2.17, б) называется геометрической, ее положение связано с геометрией машины и не изменяется при работе.

Расположение щеток на геометрической нейтрали в генераторном режиме. При вращении якоря в активных проводниках обмотки

Рис. 2.17. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали: а — направление потока полюсов; б — направление потока реакции якоря; в — направление потока машины при нагрузке (гг' — геометрическая нейтраль, фф' — физическая нейтраль)

индуктируется э. д. с. Если щетки замкнуты на нагрузочное сопротивление, то по обмотке якоря проходит ток, направление которого в проводниках (рис. 2.17, б) совпадает с направлением индуктируемых в них э. д. с. Такой режим работы называется генераторным. Определяя направление линий магнитной индукции, видим, что поток, вызываемый м. д. с. якоря, направлен по оси щеток (поле якоря напоминает поле электромагнита с осью, совпадающей с линией щеток). Если щетки расположены на геометрической нейтрали, то ось потока якоря сдвинута на 90° относительно оси полюсов. Такой поток называют поперечным.

* Во многих случаях в литературе также применяется термин «намагничивающая сила».

2.18, а). При дальнейшем увеличении х м. д. с. убывает и под серединой полюса проходит через нуль, а затем меняет знак. Приближенно можно считать, что м. д. с. F_ax изменяется по закону прямой линии (рис. 2.18, б). Если бы воздушный зазор был равномерным, то кривая 2 индукции В_ах поля якоря (рис. 2.18, б) повторяла бы в соответствующем масштабе кривую м. д. с. F_ax (рис. 2.18, б) и имела бы вид треугольника с вершиной на оси щеток. Вследствие того что воздушный зазор между полюсами значительно больше, чем под полюсом, кривая индукции В_ах имеет между полюсами провал;

Если машина возбуждается постоянными магнитами, то путь потока поперечной реакции якоря имеет большое сопротивление, так как магнитная проницаемость постоянных магнитов мала. Поэтому поток поперечной реакции якоря в машинах с постоянными магнитами незначителен и его обычно не учитывают. В машинах с электромагнитным возбуждением поток поперечной реакции якоря может достигать большой величины.

Рис. 2.18. Реакция якоря при положении щеток на геометрической нейтрали: а — развернутый якорь с равномерно распределенным слоем проводников; б — м.д.с. реакции якоря; в — распределение индукции в воздушном зазоре

При прохождении тока по обмотке якоря поток машины создается м. д. с, которая складывается из м. д. с. обмоток возбуждения и якоря. Воздействие магнитодвижущей силы якоря на поле машины называется реакцией якоря.

Для получения общей картины поля при нагрузке пользуются методом наложения полей обмотки возбуждения и реакции якоря. На рис. 2.17, в линии магнитной индукции изображают поток машины при нагрузке, а на рис. 2.18, в кривая 3 показывает распределение индукции В_ôx в воздушном зазоре. Из сравнения распределения потока и индукции В_ôx при холостом ходе и при нагрузке следует, что при нагрузке поток машины и нейтраль смещаются относительно оси полюсов в сторону вращения якоря. При этом индукция под набегающим краем полюсного наконечника уменьшается, а под сбегающим — увеличивается. Смещенная при нагрузке машины нейтраль называется физической. С изменением нагрузки ее положение меняется. Новое положение нейтрали фф' (рис. 2.17, в) определяется на рис. 2.18, в точкой ф.

Если сталь полюсов не насыщена, то уменьшение потока под набегающим краем компенсируется увеличением его под сбегающим краем полюсного наконечника. При насыщении стали такой компенсации нет, в результате чего поток машины уменьшается. Размагничивающее действие поперечной реакции якоря объясняется тем, что на набегающем крае сталь полюсного наконечника обычно не насыщена, и здесь имеет место значительное уменьшение потока, а на сбегающем крае сталь насыщена, поэтому здесь наблюдается лишь незначительное увеличение потока. В результате общий

Рис. 2.19. Реакция якоря при сдвиге щеток с геометрической нейтрали: а — распределение тока в обмотке якоря; б — витки обмотки, создающие поперечную реакцию якоря; в — витки обмотки, создающие продольную реакцию якоря

поток машины под полюсом существенно уменьшается, и для его поддержания при нагрузке необходимо увеличивать ток возбуждения.

Сдвиг щеток в генераторном режиме. При сдвиге щеток токораспределение обмотки якоря меняется и направление м. д. с. якоря совпадает с новым положением оси щеток. Сравнивая распределение тока в якоре при щетках, расположенных на геометрической нейтрали (см. рис. 2.17, в) и в случае их сдвига (рис. 2.19, а) видим, что направление тока в проводниках обмотки, расположенных по соответствующей сдвигу дуге в изменяется на обратное. Следует иметь в виду, что расстояние между осями двух одноименных полюсов соответствует 360 эл. град. Поэтому в случае многополюсной машины угол α_э, соответствующий электрическим градусам, в р раз больше угла αа_г, выраженного в геометрических градусах, т. е. α_ээ = рα_эГ. Положение щеток при сдвиге на 90 эл. град (что соответствует сдвигу на половину полюсного деления τ) называется продольным (рис. 2.20).

Распределение тока в обмотке якоря при продольном положении щеток можно получить и при неподвижном якоре, если к щеткам подвести напряжение от внешнего источника питания. При

Рис. 2.20. Реакция якоря при продольном положении щеток: а — размагничивающая; б — намагничивающая

продольном положении щеток максимальное значение F_ad м. д. с. реакции якоря F_ax располагается по оси полюсов (рис. 2.21). Определяя направление потока, создаваемого током якоря, видим, что при сдвиге щеток на 90 эл. град в сторону вращения генератора (рис. 2.20, а) поток реакции якоря направлен встречно потоку полюсов и размагничивает машину. Такая реакция якоря называется продольно-размагничивающей. При сдвиге щеток в сторону, обратную вращению генератора (рис. 2.20, б), поток якоря усиливает поток полюсов машины. Такая реакция называется продольно-намагничивающей.

Заметим, что поскольку физическая нейтраль при нагрузке машины в генераторном режиме сдвигается по вращению, то для уменьшения искрения коллектора, надо сдвинуть щетки в сторону вращения. В этом случае поток реакции якоря размагничивает машину. При сдвиге щеток в обратном направлении возникло бы сильное искрение.

В реальных случаях щетки сдвигают на угол меньше 90 эл. град. При этом для удобства анализа действительное распределение тока якоря условно заменяют двумя системами тока. Токи проводников обмотки якоря, расположенных по дуге τ — 2в (рис. 2.19, б), образуют систему, создающую поперечную реакцию якоря. Токи проводников обмотки якоря, расположенных по дуге 2в (рис. 2.19, в), образуют систему, создающую продольную реакцию якоря. Таким образом, при сдвиге щеток м. д. с. реакции якоря имеет две составляющие: поперечную и продольную. В результате действия поперечной составляющей реакции якоря поток машины смещается в сторону вращения (при наличии насыщения поток уменьшается). В результате действия продольной составляющей изменяется величина потока. Поэтому при сдвиге щеток в сто.

Рис. 2.21. Распределение м. д. с. продольно размагничивающей реакции якоря

рону вращения поток генератора уменьшается, что приводит к уменьшению э. д. с. Чтобы сохранить величину э. д. с, необходимо увеличить ток возбуждения.

Двигательный режим. В двигательном режиме э. д. с. обмотки якоря направлена встречно по отношению к подведенному напряжению сети. При этом напряжение всегда больше, чем э. д. с. В результате ток в якоре двигателя направлен встречно по отношению к э. д. с, т. е. он имеет обратное направление по отношению к тому, какое имел в генераторном режиме. Поэтому действие реакции якоря машины постоянного тока в двигательном режиме противоположно тому, какое имело место в генераторном. Таким образом, поперечная реакция якоря, возникающая при положении щеток на геометрической нейтрали, смещает поток машины и нейтраль в сторону, обратную вращению. При этом индукция под набегающим краем полюсного наконечника увеличивается, а под сбегающим — уменьшается.

При сдвиге щеток с геометрической нейтрали, помимо поперечной, имеет место также продольная реакция якоря. При сдвиге щеток в сторону, обратную вращению якоря, возникает продольно-размагничивающая, а при сдвиге в сторону вращения — продольно-намагничивающая реакция якоря.

У микродвигателей щетки закрепляют на геометрической нейтрали, поэтому продольная реакция якоря у них отсутствует. Для микродвигателей характерно большое размагничивающее действие поперечной реакции якоря.

ВОПРОСЫ

1.  В каких случаях возникает только поперечная и только продольная реакции якоря? Как изменяется поперечная реакция якоря при сдвиге щеток?

2.  В каких случаях возникают продольно-размагничивающая и в каких продольно-намагничивающая реакция якоря? Какой вид продольной реакции якоря возникает при сдвиге щеток (для уменьшения искрения) с геометрической нейтрали в физическую в генераторном и двигательном режимах? При каком режиме физическая нейтраль совпадает с геометрической?

Содержание  Главная (библиотека)
Предыдущий § Следущий