Понятие реакции якоря машины постоянного тока

Когда машина постоянного тока работает вхолостую, т.е. при отсутствии тока в обмотке якоря, в ней существует только основное магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, расположенной наглавных полюсах (рис. 3.1, а). При работе машиныс нагрузкой ток , проходящий по обмотке якоря, создает свое собственное магнитное поле (рис. 3.1, б). Как видно из рис. 3.1, а, б, на некоторых участках магнитной системы (полюсные наконечники главных полюсов, воздушный зазор, зубцовая зона и сердечник якоря) образуется результирующее магнитное поле, которое отличается от исходного магнитного поля не только по значению, но и по характеру распределенияв воздушном зазоре. Воздействие магнитного поля обмотки якоря на магнитное поле полюсов называется реакцией якоря.

Рис.3.1

Рассмотрим сущность реакции якоря на примере генератора, щетки в котором установлены по линии ГН, т. е. на линии, проходящей через ось вращения якоря перпендикулярно оси полюсов. К щеткам генератора подключена нагрузка, и ток в проводниках обмотки якоря имеет то же самое направление, что и ЭДС , индуцированная в обмотке якоря потоком возбуждения.

Принимая во внимание направление вращения якоря по часовой стрелке, левый край полюсного наконечника северного полюса будем называть набегающим, а правый – соответственно, сбегающим, и аналогично для южного полюса. Из сравнения рисунков следует, что в воздушном зазоре под набегающими краями полюсных наконечников силовые линии магнитного поля обмотки якоря находятся в противофазе относительно магнитных силовых линий поля возбуждения, а под сбегающими краями полюсных наконечников данные силовые линии имеют одинаковые направления. В результате происходит ослабление магнитного поля под набегающими краями полюсных наконечников и его усиление под сбегающими краями, т. е. имеет место искажение формы кривой магнитного поля в воздушном зазоре или, что то же самое, магнитный поток перераспределяется в пределах полюсного деления.

В машинах постоянного тока, как и в машинах переменного тока, вводится понятие МДС обмотки якоря (рис. 3.2). Направление МДС согласуется с направлением тока в проводниках обмотки якоря и определяется правилом правого винта. В машинах постоянного тока МДС обмотки якоря является скалярной величиной и, кроме того, распределена по линейному закону вдоль окружности якоря. Стрелка на рис. 3.2 указывает лишь направление ее действия внутри якоря, т. е. направление силовых линий магнитного поля обмотки якоря, созданного этой МДС, внутри якоря. Хотя обмотка якоря вращается вместе с якорем, магнитное поле обмотки якоря и его МДС неподвижны в пространстве, так как остается неизменным направление тока в проводниках, расположенных под полюсами, т. е. по разные стороны относительно геометрической нейтрали. Линия щеток является осью электрической симметрии обмотки якоря относительно тока в проводниках и одновременно является осью магнитной симметрии якоря относительно магнитного поля обмотки якоря (рис. 3.1, б).

В машинах постоянного тока ось полюсов называют продольной осью и обозначают буквой , а линия геометрической нейтрали обозначается буквой и называется поперечной осью.

Таким образом, когда щетки расположены на линии ГН, то МДС действует по поперечной оси, называется поперечной и обозначается .

Если не учитывать изменение магнитного состояния (магнитной проницаемости) материалов участков магнитной цепи под действием магнитного поля обмотки якоря, т. е. считать, что магнитная система машины не насыщена, то размагничивающее действие поля якоря под набегающими краями полюсных наконечников должно компенсироваться подмагничивающим действием поля якоря под сбегающими краями полюсных наконечников (рис. 3.1, б).

В действительности из-за нелинейности кривой намагничивания магнитное поле обмотки якоря подмагничивает ранее перечисленные участки магнитной цепи, обуславливая уменьшение магнитной проницаемости их материала, что сопровождается снижением магнитной проводимости магнитной цепи относительно потока возбуждения, и полезный магнитный поток , проходящий через якорь, уменьшается при фиксированном токе возбуждения . Это значит, что магнитное поле обмотки якоря, созданное поперечной МДС обмотки , оказывает размагничивающее действие на магнитный поток обмотки возбуждения, расположенной по продольной оси, но не непосредственно, а через изменение магнитного состояния магнитной цепи.