4 Реакция якоря

Магнитное поле в машине постоянного тока создается при холостом ходе только обмоткой возбуждения (рис. 6, а). При вращении ротора по направлению стрелки в проводниках об­мотки якоря наводится ЭДС (на рис. 6, а направления ЭДС по­казаны знаками «+» и «•».

При нагрузке по обмотке якоря протекает ток. В проводни­ках обмотки якоря генератора направление тока совпадает с на­правлением ЭДС. Такое распределение тока в проводниках об­мотки якоря имеет место, когда щетки располагаются на гео­метрической нейтрали (их расположение совпадает с попереч­ной осью q). В результате возникает поле якоря. Воздействие МДС обмотки якоря на поле машины, созданное обмоткой воз­буждения, называется реакцией якоря. Пояснить, как изменяется поле машины в результате этого воздействия, мы можем с по­мощью рис.6. Поле машины при ее холостом ходе (рис, 6, а) соз­дается только МДС обмотки возбуждения. Поле якоря (рис. 6, 6) получается в машине при наличии тока только в обмотке якоря. Его поле имеет ось, совпадающую с линией расположения ще­ток. Из сопоставления рис 6,а и 6,б видно, что МДС обмотки возбуждения и обмотки якоря складываются в пределах одной половины полюса и вычитаются в пределах другой половины полюса. Из-за насыщения ферромагнитных участков, располо­женных близко к воздушному зазору (это в основном зубцы ро­тора), увеличение МДС на половине полюса не приводит к про­порциональному увеличению индукции в воздушном зазоре. В то же время на другой половине полюса, где МДС меньше, на­сыщение отсутствует. Магнитная индукция здесь уменьшается практически пропорционально уменьшению МДС. В результате при нагрузке магнитный поток Ф уменьшается. Таким образом, поперечная реакция якоря является размагничивающей.

При смещении щеток с геометрической нейтрали по на­правлению вращения ротора возникает продольная размагничи­вающая МДС якоря (при смещении щеток против направления вращения МДС якоря будет намагничивающей).

5 Основные уравнения и характеристики генератора

Один из основных параметров генератора - напряжение U на зажимах нагрузки. Оно определяется током I_в в обмотке воз­буждения и зависит от тока якоря I_а, который или равен току нагрузки I, или незначительно отличается от него (в генераторах параллельного и смешанного возбуждения I_а=I-I_в).

Э ДС, наводимая в обмотке якоря при его вращении в маг­нитном поле, определяется выражением

где С_е - постоянная для данной машины величина, значение ко­торой зависит от конструкции машины и обмоточных данных;

п - частота вращения;

Ф - полезный магнитный поток, силовые линии которого сцеплены с проводниками обмотки якоря.

Н апряжение генератора отличается от ЭДС на значение па­дения напряжения в якорной цепи:

где Е - ЭДС якоря;

I_а - ток якоря;

R_{я ц} — сопротивление цепи об­мотки якоря;

Здесь - сопротивления последовательно включенных обмоток: якоря, дополни­тельных полюсов (служащих для уменьшения искрения щеток) и последовательной обмотки возбуждения. Из уравнения гене­ратора следует, что его напряжение изменяется, главным обра­зом, по двум причинам:

а) из-за падения напряжения в якорной цепи 1_а R_{я ц};

б) из-за изменения ЭДС якоря Е.

Следует также иметь в виду падение напряжения на щеточных контактах (в среднем 2∆U_щ≈1,5...2В).

ЭДС в обмотке якоря уменьшается в связи с изменением по­лезного магнитного потока при изменении нагрузки генератора. На холостом ходу поток в машине определяется только током возбуждения I_в в независимой или параллельной обмотке возбу­ждения. В генераторах с независимым возбуждением с ростом тока нагрузки магнитный поток уменьшается из-за размагничи­вающей реакции якоря. В генераторах со смешанным возбужде­нием при согласном включении параллельной и последователь­ной обмоток, полезный поток в машине изменяется слабее из-за намагничивающего действия последовательной обмотки.

Свойства генератора постоянного тока достаточно полно выявляются с помощью ряда характеристик:

а) нагрузочной U=f(I_в) при I_a=const. Как частный случай нагрузочной характе­ристики можно рассматривать характеристику холостого хода U₀=E₀= f(I_в) при 1_а =0;

б) внешних U=f(I) при постоянном сопро­тивлении цепи возбуждения R_в.г =const. Они показывают, как при данном способе возбуждения с изменением тока нагрузки изменяется выходное напряжение генератора, если на цепь воз­буждения не оказывать никакого воздействия;

в) регулировоч­ных I_в =f(I) при U=const. Они показывают, как с ростом нагрузки надо изменять (регулировать) ток возбуждения, чтобы поддер­живать постоянство напряжения на зажимах генератора.