Магнитное поле машины при нагрузке

При нагрузке машины (1_а *0) обмотка якоря создает собственное магнитное поле. Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле. Действие поля якоря на поле индуктора называется реакцией якоря. В синхронной машине реакция якоря зависит от величины и характера нагрузки генератора. В отличие от синхронной машины реакция якоря в машине постоянного тока зависит от величины тока обмотки якоря, насыщения магнитной цепи и положения щеток относительно линии геометрической нейтрали.

Под линией геометрической нейтрали понимают линию, проходящую через ось вращения якоря в радиальном направлении посередине между двумя соседними главными полюсами.

Поперечная реакция якоря. При наличии тока в обмотке возбуждения и отсутствии тока в обмотке якоря [1_а =0) в машине существует только магнитное поле индуктора, картина которого изображена на рис. 4.8, а. Линия геометрической нейтрали 1−1 в этом случае одновременно является и линией физической нейтрали, т. к. индукция поля индуктора равна нулю в тех же точках на поверхности якоря, через которые проходит линия геометрической нейтрали.

При наличии тока в обмотке якоря, отсутствии тока в обмотке возбуждения (/_ж = 0) и установке щеток на линии геометрической нейтрали 1−1 ось поля якоря направлена по поперечной оси индуктора и вызывает поперечную реакцию якоря (рис. 4.8, б).

Если по обмоткам возбуждения и якоря протекают токи, то существуют одновременно поле индуктора и поле якоря. Как следует из рис. 4.8, в, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе — в обратную сторону.

Под воздействием поперечной реакции якоря линия физической нейтрали поворачивается из положения 1−1 на некоторый угол ?3 в положение 2−2, которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе — в обратную.

Продольная реакция якоря. Если щетки сдвинуты с линии геометрической нейтрали на 90 эл. град. (рис. 4.8, г), то ось поля якоря направлена по продольной оси индуктора и называется полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока якоря оказывает на поле индуктора намагничивающее или размагничивающее действие.

Рис. 4.8.

Общий случай. В случае, если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол а < 90 эл. град., в машине существуют как поперечная, так и продольная (намагничивающая или размагничивающая) составляющие реакции якоря.

Влияние реакции якоря на магнитный поток машины. Для оценки влияния реакции якоря необходимо рассмотреть распределения индукции магнитных потоков индуктора и якоря в воздушном зазоре и на основе их провести анализ результирующего магнитного поля (рис. 4.9).

Рис. 4.9

Распределение индукции магнитного поля индуктора (/) является симметричным относительно оси полюсов, близким к трапецеидальному. Распределение МДС обмотки якоря (2) имеет наибольшее значение на линии геометрической нейтрали, а по оси полюсов — равна нулю. Однако распределение магнитной индукции поля якоря (2) в зазоре совпадает с распределением МДС якоря лишь в пределах полюсных наконечников. В междуполюсном промежутке магнитная индукция поля якоря резко уменьшается, что объясняется большим магнитным сопротивлением.

Распределение индукции результирующего поля в воздушном зазоре получено путем суммирования распределений (7) и (3) и соответствует ненасыщенному состоянию магнитной цепи (4). Если магнитная цепь машины насыщена, то происходит не только искажение распределения индукции результирующего поля (5), но и уменьшение по величине.

Реакция якоря в машине постоянного тока оказывает отрицательное влияние. За счет искажения магнитного поля возрастает напряжение между соседними коллекторными пластинами, что ухудшает условия коммутации. В случае уменьшения индукции результирующего поля ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вращающий момент.

Эффективным средством борьбы с вредным влиянием реакции якоря является применение компенсационной обмотки. Компенсационная обмотка укладывается в пазы полюсных наконечников и включается последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы ее МДС была противоположна по направлению МДС обмотки якоря 7^. Компенсационная обмотка равномерно распределяется по поверхности полюсных наконечников главных полюсов.

При наличии компенсационной обмотки магнитное поле машины при переходе из режима холостого хода к нагрузке остается практически неизменным.

Однако компенсационная обмотка удорожает машину и усложняет ее конструкцию, поэтому применяется в машинах большой мощности, работающих с резкими колебаниями нагрузки.