Реакция якоря машины постоянного тока

При работе машины в режиме х.х. ток в обмотке якоря практически отсутствует, а поэтому в машине действует лишь МДС обмотки возбуждения F_В0. Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 9, а).График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре представ­ляет собой кривую, близкую к трапеции.

Если же машину нагрузить, то в обмотке якоря появится ток, который создаст в магнитной системе машины МДС якоря F_a.До­пустим, что МДС возбуждения равна нулю и в машине действует лишь МДС якоря. Тогда магнитное поле, созданное этой МДС, будет иметь вид, представленный на рис. 9, б.Из этого рисунка видно, что МДС обмотки якоря направлена по линии щеток (в данном случае по геометрической нейтрали). Несмотря на то что якорь вращается, пространственное положение МДС обмотки яко­ря остается неизменным, так как направление этой МДС опреде­ляется положением щеток.

Наибольшее значение МДС якоря – на линии щеток (рис. 9, б,кривая 1), а по оси полюсов эта МДС равна нулю. Однако распределение магнитной индукции в зазоре от потока якоря сов­падает с графиком МДС лишь в пределах полюсных наконечни­ков. В межполюсном пространстве магнитная индукция резко ос­лабляется (рис. 9, б, кривая 2). Объясняется это увеличением магнитного сопротивления потоку якоря в межполюсном про­странстве.

Влияние МДС обмотки якоря на магнитное поле машины на­зывают реакцией якоря. Реакция якоря искажает магнитное поле машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.

Рис. 9. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции

в воздушном зазоре

На рис. 9, в показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генератор­ном режиме при вращении якоря по часовой стрелке. Такое же распределение магнитных линий соответствует работе машины в режиме двигателя, но при вращении якоря против часовой стрел­ки. Если принять, что магнитная система машины не насыщена, то реакция якоря будет лишь искажать результирующий маг­нитный поток, не изменяя его значения: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря сов­падает по направлению с МДС возбуждения, подмагничиваются; другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения, размагничиваются. При этом резуль­тирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси главных полюсов на некоторый угол, а физическая нейтраль mm' (линия, проходящая через точки на якоре, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали nn' на угол α. Чем больше нагрузка машины, тем сильнее искаже­ние результирующего поля, а следовательно, тем больше угол смещения физической нейтрали. При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, а при работе двигателем – против вращения якоря.

Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физиче­ской нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послу­жить причиной усиления искрения на коллекторе. Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 9, в показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 9, а, б. Из этого графика сле­дует, что магнитная индукция в зазоре машины распределяется несимметрично относительно оси полюсов, резко увеличиваясь под подмагниченными краями полюсов. Это приводит к тому, что мгновенные значения ЭДС секций обмотки якоря в момен­ты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значе­ний магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает на­пряжение между смежными коллекторными пластинами U_K.