§ 3.2. Реакция якоря

При работе машины постоянного тока в режиме холостого хода ток в обмотке якоря отсутствует и магнитное поле создается в ней только за счет обмотки возбуждения (рис. 3.3, а). Когда же машина работает с нагрузкой, то по обмотке якоря проходит электрический ток, который создает м. д. с. якоря Р_а. Магнитное поле якоря, созданное м. д. с. , взаимодействует с основным магнитным полем и образует результирующее магнитное поле машины. Взаимодействие м. д. с. обмотки якоря с м. д. с. обмотки возбуждения называется реакцией якоря.

М. д. с. обмотки якоря может быть выражена через линейную нагрузку якоря А. Под линейной нагрузкой якоря понимают часть м. д. с. якоря, приходящуюся на единицу длины его окружности

,

где N — число проводников обмотки;

—ток в активном проводнике обмотки якоря, а;

D — диаметр якоря, см.

Линейная нагрузка измеряется в амперах на единицу длины (а/см). У машин малой мощности она составляет 65—200 а/см (при D =8—15 см), у машин большой мощности — 260—600 а/см (при D =20—100 см). Величина м. д. с. якоря определяется выражением .

М. д. с. якоря неподвижна в пространстве и по своему направлению совпадает с осью щеток х — х' (рис. 3.3, б).

При отсутствии тока в обмотке якоря основной магнитный поток распределяется симметрично относительно оси полюсов.

На рис. 3.3, в показано результирующее поле машины, образующееся вследствие наложения поля якоря на поле полюсов (возбуждения). Его форма в сравнении с основным магнитным полем в режиме холостого хода искажена. Сравнение рис. 3.3, а и рис. 3.3, в показывает, что реакция якоря искажает основное поле машины. При этом одни части магнитной цепи подмагничиваются, а другие размагничиваются. В результате физическая нейтраль у —у', представляющая собой прямую, соединяющую точки на якоре, в которых магнитная индукция равна нулю, смещается относительно геометрической нейтрали х — х' на угол . Если машина работает в генераторном режиме, то смещение физической нейтрали относительно геометрической происходит в направлении вращения якоря, как это показано на рис. 3.3,в. Если же машина работает в двигательном режиме, то смещение физической нейтрали происходит в направлении, противоположном вращению якоря. Величина угла а зависит

от тока в обмотке якоря, т. е. от нагрузки машины, и с ростом последней угол увеличивается.

Искажение магнитного поля, вызванное действием реакции якоря, сопровождается перераспределением магнитной индукции в зазоре машины.

На рис. 3.4 показана пара полюсов и поверхность якоря в развернутом виде. Кривая 1 характеризует распределение магнитной индукции от поля якоря.

Распределение магнитной индукции в зазоре от магнитного поля возбуждения определяется трапецеидальной кривой 2. Распределение индукции от результирующего поля определяется кривой 3, образующейся в результате сложения ординат кривых 1 и 2.

Форма кривой 3 показывает, что под набегающими краями полюсов поле якоря стремится ослабить основное поле, а под сбегающими краями поля, наоборот, усиливает его.

Если магнитная система машины не насыщена, действие поля якоря на отдельных участках основного поля взаимно уравновешивается, и величина результирующего магнитного потока машины практически остается неизменной.

В машинах с насыщенной магнитной системой распределение магнитной индукции в зазоре происходит более равномерно. У насыщенной машины кривая 4 магнитной индукции несколько сместится относительно кривой 5, ослабляющее действие поля якоря под набегающими краями будет больше, чем усиление его под сбегающими краями. При этом результирующее поле машины уменьшится.

Таким образом, в машинах с насыщенной магнитной системой реакция якоря оказывает размагничивающее действие, отчего рабочие свойства машины ухудшаются. У генераторов это вызывает снижение величины развиваемой ими э. д. с., а у двигателей — уменьшение вращающего момента.

Кроме того, искажение магнитного поля машины и перераспределение магнитной индукции в зазоре, вызванное реакцией якоря, нарушает работу щеточного контакта и вызывает искрение.