Реакция якоря, коммутация.

При нагрузке машины проходящей по обмотке якоря ток создает свое собственное магнитное поле, которое называется магнитным полем реакции якоря.

Поле реакции якоря искажает основное магнитное поле машины (главный магнитный поток). Это воздействие магнитного поля на основное поле носит название реакции якоря.

Вредные последствия реакции якоря.

Поток реакции якоря оказывает размагничивающее действие на главный поток машин. В результате ЭДС машины при нагрузке окажется несколько меньше ЭДС при холостом ходе.

При работе машины генератором физическая нейтраль поворачивается по направлению вращения якоря, при работе двигателем – против направления вращения. Что ухудшает работу машины, вызывая искрение щеток (ухудшает коммутацию). Неравномерное распределение индукции вдоль окружности якоря приводит к возникновению повышенных напряжений между смежными коллекторными пластинами, так как усиливается магнитный поток под одной половиной полюса и ослабляется под другой половиной.

Сильное сгущение силовых магнитных линий под краями полюсов машин значительно увеличивает в этих местах индукцию магнитного поля.

При прохождении секциями якоря тех мест под полюсами, где усиливается магнитное поле в результате реакции якоря, в них будут индуктироваться ЭДС большей величины, что приведет к повышению U_К между соседними коллекторными пластинами, то есть возникает разность потенциалов между соседними коллекторными пластинами. Что приводи к круговому огню – электрическая дуга, возникающая на коллекторе машин постоянного тока.

Устранение вредных последствий реакции якоря. Вредное воздействие реакции якоря на работу щеток, вызывающее искрение на коллекторе, обычно ликвидируют при помощи дополнительных полюсов.

Круговой огонь – электрическая дуга, возникающая на коллекторе машин постоянного тока.

Образовавшаяся дуга сильно повреждает коллекторные пластины, изоляторы щеткодержателей и изоляцию лобовых частей машин, выводя ее из строя.

Основной причиной образования кругового огня – большое U_К между сменными коллекторными пластинами (32 и 35 В в машинах средней и большой мощности). Поэтому реакция якоря способствует образованию кругового огня.

Круговой огонь на коллекторе развивается из небольших дуг, возникающих между соседними коллекторными пластинами в результате:

1) замыкания их накоротко:

угольной пылью;

осколками щеток, частицами дизельного топлива;

наволакивание меди в верхней части пластин;

высокой влажности.

2) плохой коммутации вследствие износа или поломки щёток.

При горении первичной дуги пространство заполняется раскаленными газами и парами меди, то есть ионизируется, поэтому может легко произойти мощная электрическая дуга, охватывающая ряд коллекторных пластин.

В машинах большой мощности первичная дуга имеет ток до 300 ампер, при этом сильно ионизируется воздух и может произойти круговой огонь.

Коммутация

Коммутацией называется процесс переключения секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую путем замыкания этих секций щетками.

Изменение тока в коммутируемой секции происходит быстро, поэтому в ней возникает большая ЭДС самоиндукции и ЭДС взаимоиндукции, что носит название реактивной ЭДС Е_р, а также ЭДС от реакции якоря. Всё вместе вызывает в секции добавочный ток коммутации I_К, что в свою очередь приводит к искрению в результатах разрыва щеткой добавочного тока коммутации I_К.

Способы улучшения коммутации:

дополнительные полюса устанавливают между главными полюсами на геометрической нейтрали машины (то есть там же, где расположены коммутируемые секции, замыкаемые накоротко щетками) путём создания в коммутируемой секции дополнительной ЭДС направленной против Е_{реактивной} и Е от потока реакции якоря;

уменьшением тока коммутации за счет увеличения сопротивления цепи коммутируемой секции (применяются электрографитовые щетки, которые при притирке образуют на коллекторе плёнку, которая улучшает скольжение и увеличивает переходное сопротивление в месте соприкосновения щетки с коллектором);

уменьшение величины реактивной ЭДС (уменьшением индуктивности секции, уменьшая число витков – одновитковая);

одна сторона каждой секции расположена в верхнем слое, другая – в нижнем слое, так как индуктивность верхнего слоя секции меньше индуктивность нижнего слоя;

уменьшение ширины щетки обеспечивается уменьшением Е_р;

сдвинуть щетки на физическую нейтраль, то в ней не индуктируется Е от потока реакции якоря (щетки, нужно сдвинуть дальше – за физическую нейтраль, в генераторе – по направлению вращения и в двигателе – против направления вращения).

Дополнительные полюса включают последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы они индуктировали дополнительную ЭДС направленную противоположно ЭДС от потока реакции якоря и Е_{реактивной}, что приводит к их компенсации.

3.5. Электрические схемы возбуждения и сравнительные характеристики генераторов постоянного тока.

Генераторы постоянного тока в зависимости от способа питания обмотки возбуждения подразделяются генераторы с независимым возбуждением - питание от постороннего источника электрической энергии (аккумуляторная батарея, вспомогательного генератора так называемого возбудителя) и генераторы с самовозбуждением – от самого генератора.

Генераторы с самовозбуждением по способу соединения обмотки возбуждения делятся на следующие типы:

генераторы с параллельным возбуждением, или шунтовые, у которых обмотка возбуждения присоединяется параллельно обмотке якоря.

генераторы с последовательным возбуждением, или сериесные, у которых обмотка возбуждения соединяется последовательно с обмоткой якоря.

генераторы со смешанным возбуждением, или компаундные, имеющие две обмотки возбуждения, одна из которых включается последовательно, а другая – параллельно обмотке якоря.

ЭДС генератора зависит от величины магнитного потока и скорости вращения якоря.

Величину магнитного потока можно регулировать, изменяя ток в обмотке возбуждения регулировочным реостатом.

Характеристика холостого тока – геометрическая зависимость ЭДС генератора от тока возбуждения при отсутствии нагрузки.

В связи с наличием остаточного магнетизма кривая II лежит выше, чем кривая I при нарастании тока на 4-8% от номинального напряжения.

Внешняя характеристика генератора – графическая зависимость напряжения генератора от тока нагрузки машины.

Регулировочная характеристика – графическая зависимость, показывающая, как надо изменять ток возбуждения генератора при изменении тока нагрузки для поддержания его напряжения постоянным.