Реакция якоря

При работе машины постоянного тока в режиме холостого хода (I_а =0) ток в обмотке якоря практически отсутствует и в магнит­ной цепи машины действует лишь одна МДС обмотки возбуждения F_o. Магнитное поле машины в этом случае является симметричным отно­сительно полюсов и не зависит от направления вращения машины и расположения щеток на коллекторе (рис. 1).

Рис. 1 — Работа машины постоянного тока в режиме холостого хода

Обмотка возбуждения является сосредоточенной на главных полю­сах и любая замкнутая магнитная линия основного потока охваты­вает всю сумму токов обмотки. МДС такой обмотки в пределах по­люсного деления ? постоянна и равна F_o/? (рис. 1.б). Распределение магнитной индукции поля вдоль окружности якоря зависит от величины воздушного зазора и приближенно показано на рис. 1.б.

При нагрузке машины по обмотке якоря протекает ток, который создает собственное магнитное поле. Поэтому магнитный поток в воздушном зазоре и пространственное распределение магнитного поля при нагрузке машины будет определяться совместным намагничивающим действием полюсов и якоря. Магнитный поток и распределение резуль­тирующего поля в воздушном зазоре будут уже иными, чем при хо­лостом ходе. Воздействие МДС якоря F_a на основное магнитное поле машины называется реакцией якоря.

На рис.2 показано поле, соз­даваемое токами в проводниках якоря при отсутствии МДС главных полюсов, когда щетки стоят на геометрической нейтрали qq . Под каждым полюсом располагается часть обмотки, в проводниках кото­рой проходит ток одного направления. Как видно из рис.2, ось поля якоря совпадает с осью щеток, обуславливающих токораздел в якоре. При щетках, установленных на геометрической нейтрали, кар­тина поля якоря симметрична относительно продольной и попереч­ной осей машины. Ось полученного поля направлена по поперечной оси qq, поэтому такое поле якоря называют поперечным, а ре­акцию якоря – поперечной.

Если наложить поле якоря на поле главных полюсов, то получим картину результирующего поля (рис.3).

Как видно из этого рисунка поле при нагрузке смещается по направлению вращения в генераторе (Г) и против направления вращения в двигателе (М), распределяясь несимметрично относительно оси полюсов. Под набе­гающим краем полюса генератора поле ослабляется, а под сбегаю­щим усиливается. В двигательном режиме наоборот. Под воздейст­вием поперечной реакции якоря физическая нейтраль (т.е. действительная, на которой В=0) смещается на некоторый угол ? и занимает положение mm . У современных машин с добавочными полюсами щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако вследствие неточной установки щеточной траверсы может иметь мес­то некоторый сдвиг щеток относительно геометрической нейтрали. В этом случае распределение токов якоря относительно главных по­люсов становится несимметричным (рис.4).

МДС якоря F_a, нап­равленную всегда по линии щеток, можно разделить на иве состав­ляющие: поперечную F_aq, направленную по оси qq, образующую поперечную реакцию якоря и продольную F_ad, направленную вдоль оси dd, создающую продольную реакцию якоря. При сдвиге щеток с нейтрали в направлении вращения якоря продольная МДС якоря ге­нератора действует навстречу МЛС возбуждения, т.е. размагничи­вает машину; при сдвиге щеток против вращения действует согласно с МДС возбуждения, т.е. намагничивает машину. В двигательном ре­жиме получается обратная картина.

При сдвиге щеток с геометрической нейтрали возникает также реакция добавочных полюсов. В генераторах она воздает размагни­чивающий эффект при сдвиге щеток по направлению вращения якоря и намагничивающие – при сдвиге против вращения якоря. Добавоч­ные полюса в этом случае начинают частично выполнять роль глав­ных полюсов.

Таким образом, под действием реакции якоря происходит изме­нение магнитного потока машины и перераспределение поля в воз­душном зазоре. Это оказывает влияние на мгновенные значения ЭДС. отдельных секций якоря и результирующую ЭДС его обмотки. Для устранения вредного влияния реакции якоря на работу машины используются добавочные полюсы, последовательная и компенса­ционная обмотки.