Продольная реакция якоря.

При расположении щёток на оси полюсов магнитное поле якоря направлено вдоль основного поля, оказывая на машину намагничивающее или размагничивающее воздействие.

10. Реакция якоря в генераторе постоянного тока, кривые МДС и магнитной индукции. Щётки расположены на линии геометрической нейтрали, магнитная цепь ненасыщена.

Сделаем два предположения для расчёта МДС якоря:

1. У якоря отсутствуют зубья, то есть якорь – гладкий. Это означает, что зубья не влияют на магнитное сопротивление зазора.

2. Проводники обмотки якоря равномерно распределены по его окружности.

В каждом проводнике обмотки якоря протекает ток параллельной ветви i_a. Причём направление этого тока в проводниках, находящихся между одними щётками, одинаково; вдоль окружности якоря после каждой щётки направление тока в проводниках меняется на противоположное. Весь ток обмотки якоря I_a = i_a∙2a. 2a – число параллельных ветвей.

МДС вдоль замкнутого контура поля B равна полному току, охватываемому этим контуром.

Контур поля якоря при щётках на линии геометрической нейтрали симметричен оси полюсов и проходит по схеме «сердечник полюса – зазор – спинка якоря – зазор», охватывая при этом проводники обмотки якоря. Соответственно, МДС такого замкнутого контура складывается из двух МДС зазора и МДС сердечников полюса и якоря. Магнитная цепь ненасыщена, это означает, что магнитное сопротивление стальных участков μ_ст = ∞, поэтому магнитное напряжение F_стx = 0. Отсюда, вся МДС якоря такой машины сосредоточена в зазоре.

МДС на единицу длины окружности якоря – линейная нагрузка A – будет постоянна вдоль окружности якоря (по предположению 2), но будет менять знак согласно с направлением тока i_a:

F_q – МДС якоря (= поперечной реакции якоря, так как щётки расположены на линии геометрической нейтрали);

ℓ – расстояние по дуге окружности;

N – число проводников;

D_a – диаметр якоря.

Примем за точку отсчёта точку, лежащую на оси полюсов. Рассмотрим контур поля, пересекающий точку на расстоянии x от точки отсчёта. Так как контур симметричен относительно оси полюсов, то контур охватывает проводники обмотки якоря, распределённые на расстоянии ℓ = 2x по дуге окружности якоря.

МДС якоря линейно возрастает или линейно убывает вдоль расточки статора x:

F_qx представляет собой треугольную зависимость, достигает экстремумов при x = ±τ/2 (между полюсами, на линии геометрической нейтрали) и равна нулю при x = 0 и x = τ (на оси полюсов).

Так как поперечная реакция якоря полностью сосредоточена в зазоре, то магнитная индукция в зазоре:

Зазор δ_x под полюсным наконечником постоянен, а в межполюсном пространстве резко увеличивается, поэтому B_qx представляет собой линейную зависимость под полюсным наконечником и имеет провал в межполюсном пространстве.

Геометрическим сложением графиков магнитных полей в зазоре B_qx и B_δx определяем распределение вдоль x результирующего поля B_x. (Магнитное поле B_qx создано током в обмотке якоря, B_δx – током в обмотке возбуждения. B_δx представляет собой почти прямоугольную зависимость.)

a) щётки на нейтрали; б) щётки сдвинуты по направлению вращения якоря; в) щётки сдвинуты против направления вращения якоря. 1 – B_δ; 2 – сплошная: B_q, штриховая: F_q; 3 – B.

Вывод: В генераторе под набегающим краем полюсного наконечника магнитное поле ослабляется, а под сбегающим – усиливается.

Под графиками функций B_δx и B_x одинаковые площади, поэтому результирующий поток Ф равен основному потоку Ф₀.

Таким образом поперечная реакция якоря не изменяет основное поле по величине, а лишь искажает его.

Точки a и b, в которых B_x = 0, определяют положение линии физической нейтрали. При нагрузке у генератора она смещается с линии геометрической нейтрали по направлению вращения якоря на некоторый угол β.

11. Реакция якоря в генераторе постоянного тока, кривые МДС и магнитной индукции. Щётки сдвинуты с линии геометрической нейтрали по направлению вращения якоря, магнитная цепь ненасыщена.

При сдвиге щёток с линии геометрической нейтрали распределение поперечной реакции якоря F_q вдоль x сдвигается вместе со щётками. МДС F_δx и магнитное поле B_δx остаётся неизменным, так как они создаются независимой обмоткой возбуждения. (Распределения F_δx и B_δx одинаковы.) Магнитное поле якоря B_qx имеет также сдвинутую линейную зависимость с провалами в межполюсном пространстве.

При сдвиге щёток с нейтрали помимо поперечной реакции якоря появляется продольная реакция якоря, которая изменяет основное поле по величине.

Появление продольной реакции якоря можно доказать, рассмотрев разложение треугольной зависимости F_ax на две трапецеидальные F_aqx и F_adx. F_aqx – поперечная МДС, график симметричен относительно оси полюсов. F_adx – продольная МДС, график симметричен относительно линии геометрической нейтрали.

При сдвиге щёток с нейтрали по направлению вращения якоря продольная реакция размагничивает машину.

12. Реакция якоря в генераторе постоянного тока, кривые МДС и магнитной индукции. Щётки сдвинуты с линии геометрической нейтрали против направления вращения якоря, магнитная цепь ненасыщена.

См. выше.

При сдвиге щёток с нейтрали против направления вращения якоря продольная реакция намагничивает машину.