Влияние реакции якоря на магнитный поток машины.

Для упрощения анализа рассматриваемых процессов принимаются следующие допущения:

1. поверхность якоря считается гладкой;

2. ток якоря распределён на этой поверхности с линейной плотностью А_а – линейной токовой нагрузкой (ток на единицу длины), значит проводники равномерно распределены по поверхности якоря;

3. ферромагнитные участки магнитопровода являются идеальными ферромагнетиками (μ_с=∞ →H_{в магнитопроводе}=0);

4. влияние пазов учитывается введением эквивалентного воздушного зазора δ' = k_δ*δ;

5. щётки установлены на геометрической нейтрали.

Принятые допущения принципиально не искажают картину исследуемого поля, но позволяют более просто выявить основные закономерности взаимодействия поля обмотки возбуждения и поля поперечной реакции якоря.

В таких условиях силовые линии в воздушном зазоре радиально направлены и нормально ориентированы к ферромагнитным поверхностям якоря и полюсов. Следовательно, вектор магнитной напряжённости в воздушном зазоре будет иметь только одну, радиальную составляющую H_aqx, постоянную по длине силовой линии магнитного поля в зазоре. Из структуры поля (рис. 8.5, а) также следует, что под серединой полюса H_aqx =О.

Определим закономерность распределения H_aqx по окружности якоря, исходя из закона полного тока. Выберем замкнутый контур интегрирования как контур, образованный силовыми линиями магнитного поля, расположенными симметрично по отношению к продольной оси полюса и отстоящими на расстояние х от этой оси (рис. 8.5, а). Таким образом,

(8.1)

Из (8.1) следует, что

(8.2)

Или

,

Где

F_aqx = A_ax - МДС поперечной реакции якоря, действующая в воздушном зазоре на расстоянии х от середины полюса.

Из (8.2) видно, что F_aqx линейно изменяется вдоль окружности якоря, достигая максимального значения

(8.3)

на линии геометрической нейтрали, где происходит изменение направления тока в проводниках обмотки якоря. Характер изменения F_aqx показан на рис. 8.5, 6.

Рассмотрим теперь характер распределения магнитной индукции B_aqx в воздушном зазоре машины. В условиях принятой идеализации структуры магнитного поля распределение B_aqx под полюсом, где λ_х= const, будет подобно распределению F_aqx, то есть линейным (кривая 1 на рис. 8.5, в) Однако в межполюсном пространстве, где λ_х уменьшается из-за увеличения зазора δ', линейная закономерность распределения нарушается, как показано на рис. 8.5, в. На этом рисунке представлена также кривая распределения индукции магнитного поля возбуждения, (кривая 2). Суммируя ординаты кривых 1 и 2, можно найти распределение индукции результирующего магнитного поля при нагрузке (кривая 3), которое будет справедливым только для рассматриваемой идеализированной структуры магнитопровода или для реального, но ненасыщенного магнитопровода. Для насыщенного магнитопровода, когда метод наложения полей принципиально неприемлем, можно дать качественную оценку влияния насыщения, исходя из кривых распределения 1 и 2. На тех участках, где магнитное поле усиливается, результирующая магнитная индукция из-за насыщения будет меньше арифметической суммы ординат кривых 1 и 2, а на тех участках, где магнитное поле ослабевает, результирующая индукция будет больше разности ординат кривых 1 и 2. Вид распределения индукции результирующего магнитного поля при насыщенном магнитопроводе показан пунктирной кривой 4.

Из анализа представленных кривых видно, что при отсутствии насыщения поперечная реакция якоря вызывает лишь искажение кривой распределения поля в зазоре. Поток под полюсом остаётся неизменным. Напомним, что при этом взаимоиндуктивность обмоток возбуждения (f) и якоря (aq) M_faq =0 как взаимоиндуктивность контуров со взаимно перпендикулярными осями. При насыщенном магнитопроводе уменьшение потока под одним краем полюса, где магнитные потоки возбуждения и поперечной реакции якоря направлены встречно, оказывается большим, чем увеличение потока под другим краем полюса, где эти потоки направлены согласно. В результате магнитный поток под полюсом уменьшается. Можно сказать, что поперечная реакция якоря в насыщенной машине всегда оказывается размагничивающей. В таких условиях и электрические контуры f и aq оказываются магнитно-связанными, так как М_faq неравно 0, хотя магнитные оси этих контуров по-прежнему взаимно перпендикулярны. Размагничивающее влияние одного контура на магнитный поток другого обусловлено тем, что поперечный поток якоря подмагничивает магнитопровод на путях своего прохождения, в результате чего уменьшается магнитная проводимость для продольного потока возбуждения, что и создаёт эффект магнитной связи контуров f и aq, учитываемый отличной от нуля взаимоиндуктивностью M_faq. Однако в общей теории электрических машин оказывается удобно эту размагничивающую связь учитывать не как эквивалентную M_faq, а непосредственно как действие некоторой МДС, называемой продольным размагничивающим действием поперечной реакции якоря ∆F_aqd и создаваемой током якоря Iа в некотором фиктивном продольном контуре якоря.

В некоторых случаях эффект уменьшения поля у края полюсного наконечника в режимах с ослабленным потоком возбуждения может оказаться настолько сильным, что возможно изменение направления потока под этим краем. Такое явление, называемое опрокидыванием поля, крайне нежелательно для работы машины.