Поперечная и продольная намагничивающие силы якоря

Если щетки стоят на линии геометрической нейтрали qq (рис. 3.3, а), то поле якоря направлено под углом 90°, т. е. поперек осевой линии основных полюсов dd. Такое поле якоря называют поперечным; и определяется оно поперечной н. с. якоря F_яq. Положение щеток по линии геометрической нейтрали является их первым основным положением. При сдвиге щеток, с нейтрали на угол ±90° ось поля якоря устанавливается по оси полюсов dd вверх или вниз от оси абсцисс (рис. 3.3, б). Такое поле якоря называют продольным, и определяется оно продольной н. с. якоря F_яq- Положение щеток по осевой линии полюсов — второе основное положение.

Рис. 3.3 Направление н.с. якоря

В общем случае щетки могут быть сдвинуты с нейтрали на угол или соответственно по окружности якоря на дугу b_с (рис. 3.3, в). В этих условиях можно рассматривать якорь как два совмещенных электромагнита, из которых один, образованный частью обмотки и находящийся в двойном углу 2 , создает продольную н. с. якоря F_яq=2Ab_c, а другой, образованный остальной частью обмотки по дуге т создает поперечную н. с. якоря .

При нагрузке машины будет иметь место результирующее магнитное поле (рис. 3.4), которое уже не является симметричным относительно оси полюсов. Причина деформации магнитного поля заключается в том, что направления магнитных линий поперечного поля якоря и поля полюсов под сбегающим краем полюса совпадают, отчего результирующее поле под сбегающим краем полюса усиливается, а под набегающим краем полюса эти поля направлены встречно, поэтому результирующее поле уменьшается.

Рис. 3.4. Результирующее магнитное поле машины

Следствием искажения распределения магнитного поля является смещение по направлению вращения физической нейтрали на некоторый угол , величина которого зависит от нагрузки машины. Физической нейтралью называют прямую, проходящую через центр, и точки на окружности якоря с нулевой магнитной индукцией, т. е. прямую, перпендикулярную оси результирующего магнитного поля. Для получения удовлетворительной работы щеток (без искрения) в машинах без дополнительных полюсов щетки приходится сдвигать с геометрической нейтрали в том же направлении на угол , являющийся несколько большим угла .

Реакция якоря

Чтобы определить в генераторе, какое действие оказывает н. с. якоря на н. с. полюсов, предположим, что якорь вращается по часовой стрелке с некоторой постоянной частотой, а щетки стоят на нейтрали. На рис. 3.5, а показана в развернутом виде пара полюсов. Создаваемое ими основное поле во всех случаях изображается трапецеидальной кривой 1. При вращении якоря в заданном направлении в левой ветви обмотки якоря индуктируются э. д. с., направленные за плоскость чертежа, а в правой — в обратную сторону. В том же направлении проходят по обмотке и токи. Это позволяет построить кривую поля якоря 2. Чтобы получить кривую 3 результирующего поля, нужно в каждой точке сложить ординаты кривых 1 и 2. Мы видим, что под набегающими (левыми) краями полюсов N и S поле якоря стремится ослабить основное поле, т. е. действует размагничивающим образом, а под сбегающими (правыми) усиливает его, т. е. действует намагничивающим образом. Размагничивающее и намагничивающее действия взаимно компенсируются, поэтому результирующий поток машины практически не отличается по величине, от основного потока полюсов, если магнитная цепь машины не насыщена, но он искажается, т. е. перестает быть симметричным относительно оси полюсов. При этом точки а и b, в которых результирующее поле проходит через нуль, смещаются относительно геометрической нейтрали на некоторый угол α по направлению вращения якоря. Через эти точки проходит физическая нейтраль. Обычно индукция под сбегающим краем полюса настолько возрастает, что сталь полюсов и зубцов на этом участке довольно сильно насыщается. Вследствие этого магнитное сопротивление участка увеличивается и распределение индукции определяется кривой. 4, проходящей ниже кривой 3 под сбегающим краем полюса. Мы видим, что поле якоря ослабляет основное поле на набегающем крае полюса в большой степени, чем усиливает его на сбегающем, в результате происходит уменьшение основного поля.

Рис. 3.5. Намагничивающая сила и индукция результирующего поля

Если сдвинуть щетки с нейтрали по направлению вращения якоря на угол (рис. 3.5, б), то кривая 2 поля якоря переместится на угол р по направлению вращения якоря, а кривая 1 основного ноля остается на прежнем месте. Сложив ординаты кривых 1 и 2, получим кривую 3 результирующего поля. Не трудно видеть, что поле якоря не только искажает основное поле, но и ослабляет его. Вследствие смещения щеток произошло изменение направления тока на обратное в. той части обмотки якоря, которая находится между геометрической нейтралью и каждой из щеток. Таким образом, н. с. реакции якоря генератора, щетки которого сдвинуты с нейтрали по направлению вращения якоря, имеет две составляющие: продольно - размагничивающую н. с., ослабляющую магнитное поле полюсов, и поперечную н. с., искажающую его. Соответственно при сдвиге щеток против направления вращения якоря возникает продольная намагничивающая н. с. реакции якоря. Кривые полей, отвечающие этому случаю, показаны на рис. 3.5, в. Необходимо, однако, отметить, что сдвиг щеток в генераторе против направле­ния вращения якоря не допускается, так как при этом резко ухудшаются условия безыскровой работы машины.

Реакция якоря в двигателе. При заданных полярности полюсов и направлении вращения якоря наводимые в генераторе и в двигателе э. д. с. имеют одно и то же направление, но токи проходят по обмотке якоря в разных направлениях. Поэтому в двигателе полярность магнитного поля якоря изменяется и реакция якоря в двигателях воздействует на основной магнитный поток иначе, чем в генераторах:

1) при положении щеток на линии геометрической нейтрали поперечная н. с. якоря искажает основное поле, ослабляя его на сбегающем крае полюса и усиливая на набегающем;

2) при сдвиге щеток с нейтрали по вращению якоря в двигателе возникает продольная намагничивающая н. с. якоря. Однако сдвиг щеток в двигателе делают только против направления вращения якоря.

Коммутация