1.3. Реакция якоря и коммутация машин постоянного тока

Ранее было установлено, что при нагрузке обмотка якоря электрической машины обтекается током. Следо­вательно, вокруг проводников наводится магнитное поле, направ­ление действия которого устанавливается по правилу буравчика или правого винта (рис. 10,а).

В режиме холостого хода магнитное поле основных полюсов машины постоянного тока имеет симметричное и равномерное распреде­ление индукции в воздушном зазоре, как это показано на рис. 10, б.

Рис. 10. Магнитные поля машины постоянного тока

При работе машины под нагрузкой магнитное поле якоря будет воздействовать на магнитное поле основных полюсов. Это явление и получило название реакции якоря.

Магнитное поле реакции якоря направлено по оси проводни­ков, находящихся под щетками, т. е. в нейтральной зоне. Иначе говоря, оно направлено по оси расположения щеток (по токоразделу). В результате наложения магнитных полей основных по­люсов и реакции якоря образуется результирующее магнитное поле машины, показанное на рис. 10, в.

При совпадении токораздела с геометрической нейтралью по­люсов направление поля реакции якоря совпадает с осью X = Х, в таком случае ее называют поперечной реакцией якоря. Если сместить щетки, а следовательно, и токораздел, например по часовой стрелке на угол π/2, то ось поля совпадет с осью полюсов. Но в этом слу­чае будет действовать продольно-размагничивающая реакция якоря, так как направления действия полей основных полюсов и поля якоря не совпадают. Если сместить щетки против часо­вой стрелки, то будет действовать продольно-намагничивающая реакция якоря.

Процесс перехода секций обмотки якоря через нейтральную зону машины, который связан с изменением на­правления тока, протекающего по секциям обмотки, называется коммутацией.

Переключение секций из одной параллельной ветви якоря в другую производится с помощью коллектора и щеток. В процессе коммутации во время замыкания щеткой сразу двух пластин коллектора в секции происходит изменение тока от +I_а до -I_а. Время, в течение которого происходит это изменение, называется периодом коммутации.

Наиболее простым способом улучшения коммутации является установка в машине щеток с большим сопротивлением переход­ного контакта. Применявшиеся ранее медные щетки вызывали сильное изнашивание коллектора и имели малое переходное со­противление. В настоящее время в машинах постоянного тока обычно применяются электро-графитированные щетки типа ЭГ, в машинах низких напряжений (например, зарядные агрегаты) — медно-графитовые щетки марки МГ.

Другим способом улучшения коммутации является осуществление искусственного сдвига щеток с геометрической нейтрали на некоторый угол β по направлению вращения якоря для генераторов и в противоположном направлении для двигателей по­стоянного тока. Значение угла сдвига щеток определяется опытным путем.

В машинах больших мощностей (свыше 150 кВт), а также в машинах с тяжелыми условиями коммутации (например, в гребных двигателях) устанавливается компенсаци­онная обмотка реакции якоря.