4. Магнитное поле мпт при нагрузке. Влияние реакции якоря на магнитный поток

При нагрузке машины (I_a неравно 0) в качестве источников магнитного поля выступают

две обмотки: возбуждения (с током i_f) и якоря (с током I_a).

Магнитное поле, возбуждаемое током обмотки возбуждения, как поле при холостом ходе машины (I_a= О). Картина этого поля для машин с 2р = 2 изображена на рис. 8.1, а.

Магнитное поле обмотки якоря (i_f =О). Картина этого поля при расположении щёток по линии геометрической нейтрали показана на рис. 8.1, б.

Как видно на рис. 8.1, б, ось поля якоря направлена по оси щёток 1 – 1 (линия 1-1 это геометрическая нейтраль). Развиваемый в машине электромагнитный момент можно рассматривать как результат взаимодействия полюсов поля якоря Na - Sa (рис. 8.1, б) и полюсов поля возбуждения N_f - S_f (рис. 8.1, а). При взаимно перпендикулярном расположении этих пар полюсов значение Мэм будет максимальным.

Поля якоря и индуктора, действуя совместно, образуют физически единое результирующее поле, характер которого на основании показан на рис. 8.2. Полярность полюсов и направления токов якоря на этом рисунке соответствуют случаю, когда в режиме генератора (Г) якорь вращается по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки.

Воздействие магнитного поля якоря на поле возбуждения называется реакцией якоря.

Поперечная реакция якоря. При установке щёток на геометрической нейтрали 1-1 (см. рис. 8.1, б) поле якоря направлено поперёк оси полюсов, и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря (F_aq).

Как следует из рис. 8.2, 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 нейтральная линия на поверхности якоря, на которой В=О, поворачивается от положения геометрической нейтрали 1 -1 на некоторый угол β положение 2 -2 (рис. 8.2), которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повёрнута в сторону вращения якоря, а в двигателе - в обратную сторону.

Из рис. 8.1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рис. 8.1, б, поле поперечной реакции якоря индуцирует ЭДС одного направления, а в проводниках, показанных в правой части, - другого. В результате этого при установке щёток на геометрической нейтрали суммарная ЭДС, от поля реакции якоря в каждой параллельной ветви обмотки и на щётках, равна нулю.

Продольная реакция якоря. Если щётки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90 электрических градусов (рис. 8.3), то поле якоря направлено вдоль оси полюсов и называется полем продольной реакции якоря.

Это поле в зависимости от направления тока в якоре, обусловленного направлением сдвига щёток, может оказывать на поле полюсов намагничивающее или размагничивающее действие. В результате его взаимодействия с полем полюсов электромагнитный момент не возникает. Индуцируемая при вращении якоря ЭДС на сдвинутых щётках также будет равна нулю.

Общий случай реакции якоря. Обычно щётки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной установки щёток, а также сознательных действий щётки могут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол α. (рис. 8.4, а), причём О< α< 90° эл. В таком общем случае поверхность якоря на протяжении двойного полюсного деления можно разбить на две пары симметричных секторов:

1) аб и вг;

2) аг и бв.

Токи первой пары секторов (рис. 8.4, б) создают поле поперечной реакции якоря (F_aq), а токи второй пары (рис. 8.4, в) - поле продольной реакции якоря (F_ad). Указанные на рис. 8.4, а полярности полюсов и направления токов якоря соответствуют вращению якоря в режиме генератора (Г) по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки. Как следует из рис. 8.4, при повороте щёток генератора в направлении вращения, а щёток двигателя – против направления вращения возникает размагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая уменьшение потоков полюсов. При сдвиге щёток в обратном направлении возникает намагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая увеличение потоков полюсов.