26.4. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции

в воздушном зазоре

Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физиче­ской нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послу­жить причиной усиления искрения на коллекторе (см. § 27.1). Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 26.4, в показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 26.4, а, б. Из этого графика сле­дует, что магнитная индукция в зазоре машины распределяется несимметрично относительно оси полюсов, резко увеличиваясь под подмагниченными краями полюсов. Это приводит к тому, что мгновенные значения ЭДС секций обмотки якоря в момен­ты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значе­ний магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает напряжение между смежными коллекторными пластинами . При значительных нагрузках машины напряжение можем превзойти допустимые пределы (см. § 25.5) и миканитовая прокладка между смежными пластинами будет перекрыта электрической дугой. Имеющиеся на коллекторе частицы графита бу­дут способствовать развитию электрической дуги, что приведет к возникновению мощной электрической дуги, перекрывающей весь коллектор или значительную его часть, — явления чрезвычайно опасного (см. § 27.5).

Рис. 26.5. Разложение МДС обмотки якоря

на продольную и поперечную составляющие

Таковы последствия влияния реакции якоря на машину с не­насыщенной магнитной системой. Если же магнитная система машины насыщена, что имеет место у большинства электриче­ских машин, то подмагничивание одного края полюсного нако­нечника и находящегося под ним зубцового слоя якоря происхо­дит в меньшей степени, чем размагничивание другого края и находящегося под ним зубцового слоя якоря. Это благоприятно ска­зывается на распреде­лении магнитной ин­дукции в зазоре, кото­рое становится более равномерным, так как максимальное значение индукции под подмагничиваемым краем полюсного наконечника уменьшается на величину, определяемую высотой участка 1 на рис. 26.4, в. Однако результирующий магнитный поток машины при этом уменьшается. Таким образом, реакция якоря в машине с насыщенной магнитной системой размагничивает машину (так же как и у синхронной машины при активной на­грузке). В результате ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вра­щающий момент.

Влияние реакции якоря на работу машины усиливается при смещении щеток с геометрической нейтрали. Объясняется это тем, что вместе со щетками смещается и вектор МДС якоря (рис. 26.5, а). При этом МДС якоря помимо поперечной составляю­щей приобретает и продольную составляющую , направленную по оси полюсов. Если машина работает в генераторном режиме, то при смещении щеток в направ­лении вращения якоря продольная составляющая МДС якоря дей­ствует встречно МДС обмотки возбуждения , что ослабляет ос­новной магнитный поток машины; при смещении щеток против вращения якоря продольная составляющая МДС якоря дейст­вует согласованно с МДС ,что вызывает некоторое подмагни­чивание машины и может явиться причиной искрения на коллек­торе (см. гл. 27). Если машина работает в двигательном режиме, то при смещении щеток по направлению вращения якоря продольная составляющая МДС якоря подмагничивает машину, а при смещении щеток против вращения якоря продольная составляющая размагничивает машину. При дальнейшем рас­смотрении вопросов, связанных с действием продольной состав­ляющей МДС якоря, будем иметь в виду лишь ее размагничиваю­щее действие, так как подмагничивающее действие в машинах постоянного тока общего назначения недопустимо из-за наруше­ния работы щеточного контакта.

Следует обратить внимание на то, что смещение щеток с гео­метрической нейтрали влияет и на поперечную составляющую МДС якоря — величину, зависящую от угла , с ростом которого она уменьшается . Таким образом, в коллекторных машинах возможны два случая: 1) щетки установлены на геомет­рической нейтрали и реакция якоря является только поперечной; 2) щетки смещены с геометрической нейтрали и реакция якоря имеет две составляющие — поперечную и продольную (размагни­чивающую). Принципиально также возможен случай, когда реак­ция якоря по поперечной оси отсутствует. Это имеет место, когда щетки расположены по оси, перпендикулярной геометрической нейтрали, т. е. когда = 90⁰ (рис. 26.5, б). Однако такой случай не имеет практического применения, так как машина становится не­работоспособной: в генераторном режиме ЭДС машины равна ну­лю, так как в параллельную ветвь обмотки входит равное число секций со встречным направлением ЭДС, а в двигательном режи­ме электромагнитные силы активных сторон обмотки якоря, дей­ствующие слева и справа от оси щеток, равны и противоположно направлены, а поэтому вращающего момента не создают.