Содержание
Предыдущий § Следующий

Реакция якоря

Магнитное поле машины при холостом ходе создается током, проходящим по обмотке возбуждения. При работе машины под нагрузкой ток проходит и по обмотке якоря, в связи с чем возникает МДС якоря, изменяющая магнитное поле машины. Это явление называется реакцией якоря.

Реакция якоря сказывается, главным образом, на характере распределения индукции в воздушном зазоре машины и в зубцах якоря. Она вызывает увеличение максимального напряжения между коллекторными пластинами и максимальной индукции в зубцах якоря, что приводит к росту потерь в стали и другим нежелательным последствиям.

3.1. Магнитное поле машины при нагрузке

Рассмотрим качественную сторону процесса на примере генератора, щетки в котором стоят на геометрической нейтрали. Если к щеткам генератора присоединена внешняя нагрузка — сопротивление, то направление тока в проводниках обмотки совпадает с направлением ЭДС, индуцируемой в них при вращении в магнитном поле.

Направление тока в якоре генератора, изображенного на рис. 3.1, а, показано на рис. 3.1, б. Несмотря на то что якорь вращается, магнитное поле, образуемое током обмотки, неподвижно в пространстве, так как неизменно направление тока в проводниках, расположенных по одну сторону от линии, соединяющей щетки. Магнитное поле якоря симметрично и может быть изображено вектором F_a, совпадающим по направлению с осью щеток. В данном случае, при щетках на геометрической нейтрали, вектор направлен перпендикулярно оси симметрии главных полюсов — имеет место поперечная реакция якоря.

Под действием поперечной реакции якоря результирующее магнитное поле искажается: под одним краем полюса индукция возрастает, а под другим — уменьшается (рис. 3.2). Искажение маг-

Рис. 3 1 Схема возникновения поля якоря

нитного поля в воздушном зазоре иногда приводит к вредным последствиям: возрастают потери в стали якоря, увеличивается максимальное напряжение между смежными пластинами, что способствует возникновению электрической дуги между ними, и т. д. Следовательно, необходим точный количественный учет действия реакции якоря.

Анализ начнем с простейшего случая, когда насыщения стали (в первую очередь зубцов якоря) нет и можно воспользоваться методом суперпозиции: на магнитное поле при холостом ходе накладывается магнитное поле, создаваемое МДС якоря. При отсутствии насыщения стальных частей магнитопровода МДС равна падению магнитного потенциала в воздушном зазоре. Постро ние картины поля якоря в воздушном зазоре производится исходя из следующих условий:

поверхности главных полюсов и ярма являются эквипотенциальными, т. е. поверхностями уровня;

Рис 3.2. Результирующий магнитный поток в маши ;е г гладким якорем

зубчатый якорь заменяется гладким, на поверхности которого расположен очень тонкий слой тока, имеющий ту же МДС, что и реальная обмотка якоря

Магнитодвижущая сила токового слоя, приходящаяся на единицу длины окружности якоря, называется линейной нагрузкой

где 2а — число параллельных ветвей обмотки; N — число проводников обмотки якоря.

Если вести интегрирование вдоль какой-либо линии индукции, проходящей через воздушный зазор на расстоянии х от оси главного полюса, то МДС якоря по этому контуру F_ax = 2xA вследствие симметрии магнитного поля (см рис 3 1,6).

Так как по оси главного полюса индукция от МДС якоря равна нулю, а слева и справа от оси имеет разные знаки, потенциал поверхности якоря под серединой полюса принимается равным нулю, а МДС якоря равномерно возрастающей по мере удаления от оси полюса

Рис 3 3 Картина поля, создаваемого МДС якоря

Из картины магнитного поля,

создаваемого МДС якоря, в воздушном зазоре и межполюсном пространстве (рис 3 3) видно, что линии индукции, как и в картине МДС главных полюсов, практически перпендикулярны поверхностям полюса и якоря и направлены в зазоре между якорем и полюсом по кратчайшему расстоянию между ними Это позволяет упростить расчет магнитного поля; можно считать, что напряженность поля якоря в зазоре

На рис 3.4, б показана диаграмма изменения МДС якоря и обусловленной ею индукции при равномерном воздушном зазоре. От середины полюса до его края индукция В_ба линейно возрастает с увеличением МДС якоря F'ax = ±xA. Ближе к геометрической нейтрали В_ьа резко уменьшается, несмотря на то, что F'_ax продолжает расти. Это происходит из-за возрастания магнитного сопротивления в пространстве между двумя полюсами. Индукция на поверхности якоря в межполюсном пространстве должна определяться из картины поля, как это было описано в гл. 2 На том же рисунке показаны распределение индукции при холостом ходе (рис. 3.4, а) и результирующая кривая распределения индукции на

Основной результат воздействия реакции якоря на поле машины— искажение кривой распределения индукции под полюсом. (Из рис. 3.4 видно, что амплитудное значение индукции под нагрузкой больше, чем при холостом ходе). Это ведет к возрастанию потерь в стали зубцов, а также к увеличению амплитуды ЭДС в витках, что может вызвать возникновение электрической дуги на коллекторе (см. § 3.4).

В ненасыщенных машинах постоянного тока поперечная реакция якоря не вызывает изменения результирующего магнитного потока и ЭДС на щетках, так как относительно геометрической нейтрали, на которой стоят щетки, результирующий поток якоря равен нулю. Этим поперечная реакция якоря в машинах постоянного тока существенно отличается от реакции якоря в синхронных машинах, где поперечная реакция якоря сильно влияет на результирующий магнитный поток.

В машинах без дополнительных полюсов имеет значение и то, что на геометрической нейтрали под действием реакции якоря индукция становится отличной от нуля; это ухудшает коммутацию. Поэтому в машинах мощностью более 1 кВт всегда имеются дополнительные полюсы, создающие в зоне коммутации требуемое магнитное поле.

Содержание
Предыдущий § Следующий