При работе машины под нагрузкой по обмотке якоря проходит ток, вследствие чего возникает МДС якоря. Воздействие МДС якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Для упрощения анализа явления реакции якоря будем пренебрегать насыщением магнитной цепи машины и считать, что МДС Fв обмотки возбуждения и МДС Faq обмотки якоря расходуются на преодоление магнитными потоками воздушного зазора. В этом случае вместо указанных МДС можно рассматривать соответствующие потоки: возбуждения Фв и реакции якоря Фaq.
Рис. 249 Магнитное поле машины постоянного тока в режиме холостого хода: 1-полюс, 2-обмотка возбуждения, 3-якорь, 4-корпус (станина) |
|
|
Рис. 250 Магнитная характеристика машины постоянного тока (а) и график для определения размагничивающего действия поперечного поля реакции якоря (б) |
|
|
Рис. 251 Характер магнитного поля машины постоянного тока: создаваемые обмоткой возбуждения(а), обмоткой якоря (б) и результирующего поля (в) |
|
|
При холостом ходе магнитный поток возбуждения направлен по продольной оси машины (рис. 251, а). При работе под нагрузкой магнитный поток Фaq , созданный МДС якоря Faq , в двухполюсной машине при установке щеток на геометрической нейтрали направлен по поперечной оси машины (рис. 251,б), поэтому магнитное поле якоря называют поперечным.
В результате действия реакции якоря симметричное распределение магнитного поля машины относительно оси главных полюсов искажается и результирующее поле оказывается смещенным к одному из краев каждого главного полюса (рис. 251, в). При этом физическая нейтраль О' - О' (линия, соединяющая точки окружности якоря, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали О — О на некоторый угол β. В генераторах (обозначение Г на рис. 251, в) физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря; в двигателях (обозначение Д) — против направления вращения.
Чтобы построить кривую Врез = f(х) распределения результирующей индукции вдоль окружности якоря, применим метод суперпозиции. Его можно использовать, если пренебречь насыщением магнитной цепи машины и считать, что МДС Fв и Faq расходуются на компенсацию разности магнитных потенциалов в воздушном зазоре. Так как обмотка возбуждения является сосредоточенной, то кривая распределения создаваемой ею МДС F'в =f(x) имеет форму прямоугольника, где F'в = 0,5Fв — МДС, приходящаяся на один воздушный зазор. В этом случае кривая индукции Вв = f(x) имеет форму криволинейной трапеции (рис. 252, а).
Для построения кривой МДС Faqx = f(x) и создаваемой ею индукции Baqx =f(x) примем, что обмотка якоря равномерно распределена по его окружности. Тогда на основании закона полного тока МДС якоря, действующая вдоль контура обхода через точки воздушного зазора на расстояния х от оси главных полюсов,
2Faqx = 2xA,
а МДС, приходящаяся на один зазор,
Faqx = ± xA,
где А = ia N/(πDa ) - линейная нагрузка якоря (число ампер, приходящихся на 1 см окружности якоря).
Следовательно, МДС якоря Faqx изменяется линейно вдоль его окружности (рис. 251, б); под серединой главного полюса она равна нулю, а в точках, где установлены щетки, имеет максимальное значение. При ненасыщенной магнитной системе магнитная индукция в воздушном зазоре.
Baqx = μ0Faqx/δx = μ0 (x/δx ) А
где δx — величина воздушного зазора в точке х.
δx = const индукция Baqx изменяется линейно вдоль окружности якоря.
Но в межполюсном пространстве резко возрастает длина магнитной силовой линии, т. е. воздушный зазор δx , и поэтому резко уменьшается индукция Baqx = f(x). В результате кривая распределения индукции Baqx = f(x) приобретает седлообразную форму.
Кривую распределения результирующей индукции Врез = f(x) можно получить алгебраическим сложением ординат кривых Bв = f(x) и Baqx = f(x). Как видно из рис. 252, в, эта кривая имеет пики индукции Вmax под краями главных полюсов.
Таким образом, реакция якоря оказывает неблагоприятное влияние на работу машины постоянного тока: а) физическая нейтраль О' - О' смещается относительно геометрической нейтрали О - О на некоторый угол β; б) искажается кривая распределения индукции Врез = f(x) в воздушном зазоре и возрастает индукция под одним из краев главных полюсов, что ведет к повышению напряжения в секциях, когда их стороны проходят зоны с увеличенной индукцией. Кроме того, как показано ниже, результирующий магнитный поток машины при насыщенной магнитной цепи уменьшается.
Рис. 252. Кривые распределения индукции в воздушном зазоре машины постоянного тока |
|
|
