Магнітне поле машини. Реакція якоря

Магнітне поле машини. Реакція якоря

image007

Рис.1.1.20. Магнітне коло колекторної електричної машини

Магнітним колом називається сукупність частин машини, по яким проходить головний магнітний потік (рис.1.1.20). Магнітне коло машини постійного струму складається з п’яти ділянок: осердя головних полюсів, повітряний проміжок, зубчатий слой якоря, ярмо якоря і ярмо статора (станина). Кожна з цих ділянок створює опір магнітному потоку. Для подолання магнітних опорів необхідна магніторушійна сила (МРС), що створюється постійним струмом, який протікає по обмотці збудження. Щоб знайти потрібне значення МРС, розраховують магнітне коло, визначаючи МРС, необхідну для підтримання заданих значень магнітної індукції на кожній з ділянок магнітного кола. МРС окремих ділянок кола додають і отримують повну МРС обмотки збудження на пару полюсів Fз, необхідну для створення потрібного робочогомагнітного потоку.

Отримане значення МРС дозволяє визначити кількість витків в катушках кожного з полюсів обмотки збудження:

wз = Fз/(2Із), (1.1.7)

де Із — величина струму в обмотці збудження.

Якщо обмотка збудження вмикається паралельно обмотці якоря, то струм Із приймається рівним 2¸5 % від номінального струму в машинах великої і середньої потужності і до 30% в машинах малої потужності. Якщо обмотка збудження ввімкнена послідовно з обмоткою якоря, то струм збудження рівний струмові якоря.

Магнітне поле машини. При роботі машини кожна з обмоток сторює своє магнітне поле. Результуюче поле машини, таким чином, можна розглядати як суму двох магнітних полів.

image004

Рис.1.1.21. Магнітне поле колекторної електричної машини.

При ідеальному холостому ході машини постійного струму, коли струм в обмотці якоря відсутній, в машині діє тільки МРС обмотки збудження Fз, яка і створює магнітне поле, симетрично розподілене відносно вісей полюсів. Графік розподілення магнітної індукції В0 в повітряному проміжку являє собою трапецеідальну криву (рис. 1.1.21, а). В цьому випадку фізична нейтраль, тобто лінія, проведена через точки окружності якоря, де магнітна індукція рівна нулю, співпадає з геометричною нейтраллю nn¢ — лінією, що проходить через середину міжполюсного простору.

З появою навантаження в обмотці якоря виникає струм, що створює МРС якоря Fа, нерухому в просторі і напрямлену по вісі щіток. МРС якоря створює магнітне поле якоря.

Якір машини постійного струму створений так, що по одну сторону від ліній щіток струм по обмотці якоря протікає в одному напрямку, а по іншу сторону – в іншому напрямку (рис.1.1.21, б). Якір, таким чином, можна розглядати як котушку з зігнутим каркасом і віссю, що співпадає з лінією щіток. МРС якоря завжди напрямлена по вісі щіток. Якщо щітки розташовані на геометричній нейтралі, то Fа співпадає з геометричною нейтраллю, тобто напрямлена по поперечній вісі машини.

На рис. 1.1.21, б зображена картина магнітного поля, створеного МРС обмотки якоря Fа при відсутності струму в обмотці збудження. На цьому рисунку зображений графік розподілення індукції в проміжку від магнітного потоку обмотки якоря. Зменшення індукції на геометричній нейтралі пояснюється збільшенням магнітного опору потоку якоря в міжполюсному просторі.

При роботі машини під навантаженням одночасно діють дві МРС: Fз i Fa, в результаті чого в машині створюється результуюче магнітне поле. Дія магнітного поля якоря на головне поле машини називається реакцією якоря. На рис.1.1.21,в зображена картина результуючого магнітного поля машини і графік розподілення індукції результуючого магнітного поля в повітряному проміжку машини.

З порівняння рис.1.1.21,а і 1.1.21,в слідує, що реакція якоря спотворює магнітне поле машини. Вісь результуючого поля зміщується відносно вісі полюсів, зміщуючи при цьому фізичну нейтраль mm¢ відносно геометричної нейтралі nn¢ на кут a в напрямку обертання якоря при роботі машини в генераторному режимі і в зворотньому напрямку при роботі машини в режимі двигуна.

Реакція якоря. З підвищенням навантаження (струму в обмотці якоря) кут зміщення фізичної нейтралі a збільшується. Якщо при цьому щітки займають положення, що відповідає геометричній нейтралі, то зміщення фізичної нейтралі приводить до того, що в місцях перетину поверхні якоря з геометричною нейтраллю магнітна індукція приймає деяке значення і в активних сторонах секцій в момент їх переходу через нейтраль наводиться ЕРС. Це порушує нормальну роботу щіточного контакту, викликаючи іскріння на колекторі.

Спотворення магнітного поля машини приводить до того, що одні краї полюсних наконечників і розташовані під ними ділянки зубчатого шару якоря підмагнічуються, а інші — розмагнічуються. Якби магнітне коло машини було ненасиченим, підмагнічуюча і розмагнічуюча дія реакції якоря не впливала б на величину результуючого магнітного потоку, так як підмагнічування одних країв полюсних наконечників компенсувалося б розмагнічуванням інших країв. Але в реальних умовах магнітне коло машини насичене. Це, з одного боку, обмежує підвищення магнітного потоку одних країв полюсних наконечників і розташованого під ними зубчатого шару якоря, а з іншого боку, не обмежує розмагнічування – зменшення потоку інших країв полюсних наконечників. В підсумку реакція якоря викликає деяке послаблення результуючого потоку машини.

image002

Рис.1.1.22. Дія реакції якоря в генераторі при зміщенні щіток з геометричної нейтралі в сторону обертання

Вплив реакції якоря на величину магнітного потоку залежить також від положення щіток: при розташуванні їх на геометричній нейтралі МРС якоря напрямлена по поперечній вісі і в машині має місце поперечна реакція якоря; при зміщенні щіток генератора постійного струму з геометричної нейтралі у напрямку обертання якоря або щіток двигуна – проти напрямку обертання, розмагнічуюча дія реакції якоря підсилиться. Пояснюється це тим, що разом з щітками змінюється напрямок МРС якоря Fа – вона завжди напрямлена по вісі щіток (рис.1.1.22). При цьому МРС якоря Fа крім складової Faq = Facosb має ще і повздовжню складову Fad = Fasinb, напрямлену по вісі полюсів.

Якщо щітки зміщені в напрямку обертання якоря (генератора), то повздовжня складова Fad діє зустрічно МРС Fз, що веде до послаблення головного потоку машини. Якщо щітки змістити в протилежному напрямку, то повздовжня складова Fad буде діяти згідно з Fз, що приведе до деякого підвищення головного магнітного потоку машини.

Шкідливий вплив реакції якоря на роботу машини виявляється ще і в тому, що перерозподіл магнітної індукції під полюсами, викликаний реакцією якоря (див.1.1.21,в), обумовлює наведення ЕРС підвищеної величини в секціях обмотки якоря в момент попадання їх активних сторін в зону з підсиленою магнітною індукцією. Останнє веде до появи між окремими сусідніми колекторними пластинами напруг, що перевищують допустимі значення (25¸60 В). Це, в свою чергу, може викликати іонізацію простору між пластинами і виникнення електричної дуги на колекторі. При інтенсивному розвитку цього процесу дуга може перекинутися на щітки і корпус машини. Описане явище, що називається круговим вогнем, дуже небезпечне для електричної машини.

В деяких машинах постійного струму для послаблення реакції якоря використовують компенсаційну обмотку. Розташовують її в пазах полюсних наконечників і з’єднують послідовно з обмоткою якоря так, щоб її МРС була протилежна за напрямком МРС обмотки якоря. Ввімкнення компенсаційної обмотки послідовно з обмоткою якоря забезпечує компенсацію реакції якоря при різних навантаженнях машини.

Васюра А.С. – книга “Електромашинні елементи та пристрої систем управління і автоматики”

Один комментарий к “Магнітне поле машини. Реакція якоря”

  1. дима Says:

    Спасибо)) Очень ясно и чётко розписано:)



Оставьте комментарий к статье