Реакция якоря

Если МПТ нагрузить, то в обмотке якоря появится ток I_я, который создаст МДС якоря F_а. Тогда магнитное поле, созданное этой МДС (МДС ОВ=0), будет иметь вид, представленный на рис. 3.4, б.

МДС обмотки якоря направлена по линии щеток (по геометрической нейтрали). Хотя якорь вращается, но пространственное направление МДС обмотки якоря остается неизменным, так как зависит только от положения щеток.

Наибольшее значение МДС обмотки якоря имеет на линии щеток (кривая 1 на рис. 3.4, б). Распределение индукции в зазоре от магнитного потока якоря не совпадает с распределением МДС в межполюсном пространстве (кривая 2 на рис. 3.4, б), что объясняется увеличением магнитного сопротивления потоку якоря в межполюсном пространстве.

Величина МДС обмотки якоря Fа определяется числом проводников в обмотке якоря на полюсном делении  и величиной тока i_а в этих проводниках

F_a =N i_a  / D =A , (3.8)

где N i_a / D= A,—линейная нагрузка якоря, представляющая собой часть намагничивающей силы якоря, приходящуюся на единицу длины окружности якоря. Значение линейной нагрузки может быть от 10000 до 60000 А/м, в зависимости от мощности машины.

Если включены обмотка якоря и обмотка возбуждения, то в нагруженной МПТ действуют: МДС возбуждения Fo и МДС обмотки якоря Fa.

Влияние МДС обмотки якоря на основное магнитное поле (ОМП) машины называется реакцией якоря (РЯ).

Реакция якоря искажает основное магнитное поле, делая его несимметричным относительно оси полюсов машины (рис. 3.4, в).

Если магнитная система машины не насыщена, то реакция якоря лишь искажает результирующий магнитный поток, не изменяя его величины. Под краем полюса где направление МДС якоря совпадает с направлением МДС основных полюсов, происходит рост индукции и ЭДС (подмагничивание), ухудшается работа щеточно-коллекторного узла (искрение).

Результирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси основных полюсов на некоторый угол, физическая нейтраль mm' (линия, проходящая через точки на якоре, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали пп' на угол  (рис. 3.6, а), тем больший чем больше нагрузка машины. При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, а при работе двигателем—против вращения якоря.

В результате чего работа электрической машины может быть нарушена.

Если же магнитная система машины насыщена, что имеет место у большинства электрических машин, то подмагничивание края полюсного наконечника и находящегося под ним зубцового слоя сердечника якоря практически невозможно и распределении индукции в зазоре становится более равномерным. Однако величина результирующего потока при этом уменьшается. Другими словами, реакция якоря в машине с насыщенной магнитной системой размагничивает машину. В результате ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вращающий момент.

Размагничивающее влияние реакции якоря усиливается при смещении щеток с геометрической нейтрали, так как вместе со щетками смещается и вектор МДС якоря (рис. 3.5). При этом МДС якоря F_a, помимо поперечной составляющей F_aq = F_a cos , приобретает еще и продольную составляющую F_ad=F_а sin , направленную по оси полюсов. При этом несколько ослабляется искажающее влияние РЯ. При изменении нагрузки и направления вращения угол смещения необходимо менять.

Рис.3.5,а. МДС якоря и МДС ОВ. Рис.3.5,б. Разложение МДС обмотки якоря при расположении щеток на нейтрали на продольную и поперечную составляющие

РЯ приводит к искажению ОМП, появлению магнитного поля на геометрической нейтрали. Это обуславливает неудовлетворительную коммутацию, сопровождающуюся искрением под щетками.

Коммутацией называется переход тока из одной секции в другую при вращении якоря. При идеальной (линейной) коммутации плотность тока контакта под щеткой постоянен i₁ r₁– i₂ r₂ = 0 (рис.4.2,а). При реальной работе в коммутируемой секции имеются ЭДС реактивная (е_р) и коммутирующая (е_к) и основное уравнение коммутации имеет вид i₁ r₁– i₂ r₂ = e_p + e_k. В этом случае возможна замедленная комутация (рис.4.2, б).

Для улучшения коммутации применяют добавочные полюса, которые компенсируют влияние РЯ на геометрической нейтрали. Катушка добавочного полюса включается последовательно с якорной обмоткой, поэтому потери добавочных полюсов зависят от нагрузки. Если МДС F_д добавочных полюсов больше требуемой величины (1,15…1,3 F_a), то e_к > e_р, ток i_Д направлен встречено току i, поэтому ток в коммутирующей секции достигает нуля раньше времени Т_к/2. Коммутация становится ускоренной (рис.4.2, в).

Для улучшения формы кривой магнитной индукции в зазоре МПТ применяют компенсационную обмотку (КО). КО укладывается в пазы полюсных наконечников, включается последовательно с ОЯ таким образом, чтобы ее МДС F_k ,была противоположна по направлению МДС ОЯ F_a.

Рис.4.2. Графики изменения тока в секциях

ГПТ с электромагнитным возбуждением делятся на два основных типа:

ГПТ с независимым возбуждением;

ГПТ с самовозбуждением (параллельным, последовательным, смешанным).

Якорные обмотки МПТ бывают петлевые и волновые (простые и сложные) по внешнему виду секции. S=K=Z_Э. Сложные обмотки состоят из m простых. Обмотки МПТ – замкнутые (конец 1с- начало последней). Элементарным называют паз, в котором– два активных проводника секций. Шаги и ветви ОЯ.

Для петлевых обмоток у=±m (±1); у1= (Z_Э/2p) ± е; у2=у1–у; 2а=2mр.(+-прав)

Для волновых обмоток у=(К±m)/р; у1= (Z_Э/2p)±е; у2=у–у1; 2а=2m.(– -лево)

Обмотки бывают также комбинированными. Обмотки статоров ЭМ переменного тока также петлевые и волновые, но не замкнутые.

ГПТ может включаться на параллельную работу (ПР) с группой генераторов (сетью). Условием включения генератора на ПР с группой работающих генераторов является равенство его ЭДС напряжению на зажимах работающих генераторов.