Явление реакции якоря в машинах постоянного тока
При работе генераторов и двигателей без нагрузки (вхолостую) ток в обмотке якоря отсутствует (или весьма мал) и магнитное поле машины возбуждается только МДС обмотки возбуждения (рис 9.8, а). Поле оказывается симметричным относительно оси главных полюсов. В секциях обмотки якоря, находящихся на геометрической нейтрали ГН и замыкаемых щетками накоротко, ЭДС не индуктируется.
Следует обратить внимание на то, что в данном параграфе проводники обмотки якоря расположены условно не в пазах магнитопровода якоря, как это делают на самом деле, а на поверхности якоря; кроме того, условно не показан коллектор, и щетки касаются непосредственно проводников обмотки якоря.
При работе машины с нагрузкой в обмотке якоря возникает ток и магнитное поле машины возбуждается как МДС обмотки возбуждения, так и МДС обмотки якоря.
Рис. 9.8. К пояснению явления реакции якоря
Воздействие МДС обмотки якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря.
Рассмотрим реакцию якоря в наиболее часто встречающемся случае расположения щеток на геометрической нейтрали.
На рис. 9.8, б показано магнитное поле, образованное под действием МДС обмотки якоря, а на рис. 9.8, в — результирующее магнитное поле машины. Указанные на рис. 9.8, в направления токов обмотки якоря соответствуют указанным там же направлениям вращения генератора и двигателя. В случае расположения щеток на геометрической нейтрали возникает поперечная реакция якоря, характеризуемая тем, что ось симметрии поля реакции якоря (рис. 9.8, б) перпендикулярна оси главных полюсов. В результате действия поперечной реакции якоря магнитное поле машины оказывается несимметричным относительно оси главных полюсов (рис. 9.8, в). Под одним краем каждого полюса магнитная индукция увеличивается, под другим уменьшается. Физическая нейтраль ФН, под которой понимают линию, проходящую через ось машины и точки поверхности якоря, где магнитная индукция результирующего поля равна нулю, смещается у генератора по направлению вращения, у двигателей — против направления вращения. При отсутствии тока якоря физическая нейтраль совпадает с геометрической (рис. 9.8, а). В результате действия реакции якоря в секциях обмотки якоря, расположенных на геометрической нейтрали, возникает ЭДС. Между коллекторными пластинами, присоединенными к секциям, находящимся в усиленном магнитном поле главных полюсов, появляется повышенное напряжение, что может привести к возникновению дуги между коллекторными пластинами. Для устранения искажения магнитного поля под полюсами крупные машины, работающие с частыми и значительными перегрузками, снабжаются компенсационной обмоткой. Последнюю закладывают в пазы полюсных наконечников (рис. 9.9) и соединяют последовательно с обмоткой якоря, в результате чего создается магнитное поле в зоне расположения полюсов, противоположное по направлению полю реакции якоря.
Рис. 9.9. К устройству компенсационной обмотки
Влияние поперечной реакции якоря на результирующее магнитное поле зависит от степени насыщения ферромагнитного материала магнитной цепи и значения тока якоря. В общем случае из-за насыщения ферромагнитного материала магнитная индукция под одним краем полюса возрастает меньше, чем уменьшается под другим; в результате магнитный поток машины несколько уменьшается. Однако при нагрузках, на которые рассчитываются машины при нормальных условиях их работы, магнитный поток изменяется на относительно небольшое значение, поэтому влияние поперечной реакции якоря на магнитное поле при расчетах часто не учитывают.