6.2.1 Електромагнітний момент

На провідник зі струмом у магнітному полі діє сила

– закон електромагнітної сили,

де І_пр – сила струму в провіднику.

Щоб визначити електромагнітний (обертовий) момент, необхідно цю силу (F_пр) помножити на плече (D/2) і врахувати кількість провідників, тобто

. (6.1)

Якщо врахувати струм якоря ( ), полюсну поділку ( ), магнітний потік ( ), то обертовий момент можна визначити так:

. (6.2)

Величина – стала машини (залежить тільки від конструкції машини).

Таким чином, момент машини залежить від сили струму якоря та основного магнітного потоку

. (6.3)

6.2.2 Реакція якоря

Якщо генератор постійного струму вимкнути від навантаження, то у колі якоря відсутній струм. При вмиканні навантаження в обмотці якоря тече струм (обмотка якоря збуджує власне магнітне поле).

Взаємодія потоку якоря з основним магнітним потоком називається реакцією якоря (РЯ) машини постійного струму (або поперечною реакцією).

Реакція якоря – дуже небажане явище в МПС. Вона спотворює основний магнітний потік, зміщує лінію нульових індукцій. На геометричній нейтралі встановлюється індукція, відмінна від нуля. Лінія нульової індукції перетворюється на фізичну нейтраль. При цьому магнітний потік послаблюється (рис. 6.2).

Рисунок 6.2 – Взаємодія потоку якоря з основним магнітним потоком

Для зменшення впливу реакції якоря у МПС застосовують додаткові полюси (ДП) (рис. 6.3), їх установлюють на геометричній нейтралі. Обмотка додаткових полюсів (ДП) умикається послідовно в коло якоря, і створене поперечне поле компенсує поле якоря.

Рисунок 6.3 – Зменшення впливу реакції якоря за допомогою додаткових полюсів

6.2.3 Комутація

Комутація у МПС – це перемикання щітками пластин колектора. У результаті комутації струм у секції обмотки якоря змінює свій напрям на протилежний.

При перемиканні пластин колектора виникає іскріння. Це дуже небажане явище. Воно призводить до колового вогню та псує колектор.

Іскріння може мати такий характер:

– механічний – усувається механічним шляхом (проточування, шліфування, промивання, регулювання);

– електромагнітний – виникає через швидке вимикання кола, що має велику індуктивність.

В ідеальному випадку струм у секції змінює напрям на протилежний за лінійним законом. Це – лінійна комутація. Але секція має значну індуктивність (L), тому реальна комутація – сповільнена (рис. 6.4).

Рисунок 6.4 – Види комутації машин постійного струму

У секції наводиться ЕРС самоіндукції е_L. Крім цього, наводиться ЕРС взаємної індуктивності, зумовлена зміною струму в сусідніх секціях е_м.

Результуюча ЕРС (реактивна ЕРС секції) буде

. (6.4)

Можна вважати, що

, (6.5)

де L_С – індуктивність секції.

Ця реактивна ЕРС і протидіє зміні струму в секції, тобто сприяє сповільненій комутації.

Щоб зменшити вплив реактивної ЕРС, створюють комутуючу ЕРС секції е_к за допомогою додаткових полюсів. Умови комутації залежать від співвідношень:

– умова лінійної комутації;

– умова сповільненої комутації;

– умова прискореної комутації.

Прискорена комутація використовується у МПС, що працюють при великих навантаженнях із частим реверсуванням.