4.8 Реакция якоря в машинах постоянного тока

Реакция якоря - это воздействие магнитного поля якоря на главное магнитное поле машины. Возникает реакция якоря при работе под нагрузкой.

Рис. 4.31

Складываясь с основным магнитным потоком, поле якоря искажает картину рабочего магнитного потока. Физическая нейтраль (линия, проходящая через центр машины и точки якоря, в которых индукция магнитного поля равна нулю) оказывается смещенной у генераторов по направлению вращения, у двигателей против направления вращения. Это явление не желательно, так как при установлении щеток на геометрической нейтрале в секциях обмотки якоря, замкнутых накоротко, возникает ЭДС, что приведет к искрению под щетками. В области усиленного поля между коллекторными пластинами, присоединенными к секциям, возникает большое напряжение, что приведет к появлению дугового разряда между пластинами. Для устранения реакции якоря и полюсных наконечниках крепят компенсационную обмотку, соединенную последовательно с обмоткой якоря, в результате в зоне полюсов создается магнитное поле, противоположное реакции якоря.

4.9 Коммутация в машинах постоянного тока

Коммутация - это процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую, сопровождаемые изменением направления тока в секциях. Процесс перехода щетки с коллекторной пластины 2 на 1 рассмотрен на рисунке 4.32.

Когда щетка касается только одной пластины, снимаемый ток (рис. 4.32) I_я = 2I_пр.

Рис. 4.32

При соприкосновении щеток с двумя пластинами секция замыкается накоротко. По проводникам течет ток i, величина которого зависит от положения щеток, во внешней цепи ток остается равным I_я = 2I_пр (рис. 4.32. б. в. г.).

В результате изменения тока в коммутируемой секции обмотки якоря возникает ЭДС самоиндукции е_L.

Если щетки делают больше по размеру, чем коллекторные пластины то коммутация происходит сразу в нескольких секциях, что вызывает в них ЭДС взаимоиндукции е_µ.

Кроме того, в коммутируемых секциях возникает ЭДС е_µ, вызываемая полем реакция якоря. Сумма этих ЭДС не невелика, но так как коммутируемая секция замкнута накоротко, в ней возникают большие токи. Плотность тока под щетками оказывается не одинаковой и к краям увеличивается, это приведет к искрению под щеткой, что нежелательно. Наиболее целесообразный способ борьбы с этим явлением - установка дополнительных полюсов на статоре вдоль геометрической нейтрали, которые создают в зоне коммутации магнитное поле. ЭДС, индуктируемая в коммутируемых секциях этим полем компенсирует ЭДС.

е_L; е_µ; е_υ

Обмотку дополнительных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря, так как эти ЭДС зависят от тока якоря. Кроме следствия коммутации, искрение может быть вызвано загрязнением и окислением щеток в щеткодержателе.

4.10 Потери мощности в машинах постоянного тока. Кпд

КПД машин постоянного тока зависит от мощности. С ростом мощности, КПД возрастает. Механическая энергия вращения якоря генератора преобразуется в электрическую энергию. Это сопровождается потерями энергии.

Р_я - в цепи возбуждения на нагрев проводов, составляет до 7% от Р_н.

Р_мех - механические потери на трение в подшипниках и о воздух (1 - 2 % от Р_н)

Р₁ - потери в магнитопроводе на гистерезис и перемагничивание.

Р₂₁ - потери в проводниках якоря и щеточно-коллекторных контактах.

Мощность, отдаваемая во внешнюю цепь генератора.

Р_{2' =} Р₁ - Р_{я -} Р_мех - Р_с - Р₂₁ 4.20

Энергетическая диаграмма двигателя может быть построена аналогично. Электрическая энергия проводника к двигателю преобразуется в механическую энергию на валу. Коэффициент полезного действия .

Потери аналогичны потерям энергии в генераторах.