Сдвиг щёток с нейтрали

Методы компенсации влияния реакции якоря

Вредные последствия реакции якоря.

1. Смещение физической нейтрали

Рис.1

В генераторах физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, в двигателях — против направления вращения. Это ухудшает коммутацию машины, т. е. способствует возникновению искрения под щетками.

2. Результирующий магнитный поток машины Ф_рез при насыщении магнитной цепи уменьшается, т. е. уменьшается и э. д. с. E, индуцированная при нагрузке, по сравнению с э. д. с. Е₀ при холостом ходе. Хотя уменьшение магнитного потока под действием м. д. с. якоря обычно невелико и составляет всего 1—3 %, это существенно сказывается на характеристиках генераторов постоянного тока и приводит к уменьшению э. д. с. Е машины при нагрузке по сравнению с э. д. с. Е₀ при холостом ходе.

3. В кривой распределения результирующей индукции в воздушном зазоре (см. рис. 106, в) возникают пики индукции В_мах под краями главных полюсов, способствующие, что ещё больше ухудшает коммутацию машины и способствует образованию в машине кругового огня.

Реакция якоря неблагоприятно влияет на рабочие свойства машины постоянного тока, поэтому при проектировании машины принимают меры к устранению или ослаблению ее влияния.

 

Устранение вредных последствий реакции якоря.

Увеличение воздушного зазора под главными полюсами. В машинах малой и средней мощности, не имеющих компенсационной обмотки, вредное влияние реакции якоря по поперечной оси ослабляют соответствующим выбором воздушного зазора под главными полюсами. Некоторое увеличение воздушного зазора под главными полюсами, особенно на их краях (рис.2), значительно ослабляет действие реакции якоря. Однако не следует забывать, что увеличение воз­душного зазора ведет к необходимости повышения МДС обмотки главных полюсов, а следовательно, и к увеличению размеров полюсных катушек, полюсов и габарита машины в целом.

Рис.2

Использование анизотропной электротехнической стали. Сердечники главных полюсов делают из листовой анизотропной (холоднокатаной) стали (обычно марки 3411). Пластины полюсов из такой стали штампуют так, чтобы ось полюса совпадала с направлением проката листа стали.

Компенсация влияния реакции якоря увеличением потока возбуждения

Устранить уменьшение потока возбуждения, вызванное влиянием реакции якоря, можно усилением потока возбуждения при нагрузке. Для этого применяют сдвиг щёток с нейтрали или используют стабилизирующую обмотку. Способ не устраняет искажения магнитного поля в зазоре машины.

Сдвиг щёток с нейтрали

Щётки могут быть преднамеренно или случайно сдвинуты с нейтрали на какой-то угол. На рис. 3 показан генератор, у которого щетки сдвинуты по направлению вращения на угол β. В соответствии с этим МДС якоря также поворачивается на угол β, в ту же сторону.

Рис.3 Сдвиг щёток с нейтрали

МДС якоря F_a можно разложить на две составляющие:

— поперечную F_aq, направленную по геометрической нейтрали,

— продольную F_ad, направленную по оси главных полюсов,

Продольная составляющая МДС якоря (щетки смещены по направлению вращения ротора генератора) направлена против МДС обмотки возбуждения, т. е. действует размагничивающе. При смещении щёток против вращения ротора генератора продольная составляющая МДС якоря усиливает магнитный поток. В последнем случае продольная реакция якоря может использоваться для компенсации уменьшения магнитного потока при нагрузке в генераторном режиме. В двигательном режиме направление токов в якоре меняется на обратное, меняется и направление продольной реакции якоря. Поэтому, для компенсации реакции якоря в двигательном режиме, щётки надо смещать в противоположную сторону. Метод прост, применяется в машинах малой мощности до нескольких киловатт.

Стабилизирующая обмотка это небольшая дополнительная обмотка последовательного возбуждения, которая располагается либо у полюсного наконечника, либо между секциями катушек 2 (Рис.4) главных полюсов, при этом она одновременно выполняет роль дистанционной прокладки.

 

 

Рис.4

Стабилизирующая обмотка подключена последовательно цепи якоря, поэтому возрастающий ток в цепи якоря протекая через стабилизирующую обмотку вызывает усиление магнитного потока. Ток обмотки наводит магнитный поток, который стабилизирует магнитный поток возбуждения при нагрузке. Ток стабилизирующей обмотки меняет направление при переходе машины из двигательного в генераторный режим, поэтому при смене режима полярность стабилизирующей обмотки надо менять. Применяется в машинах средней мощности.

Полностью скомпенсировать все проявления реакции якоря можно спомощью компенсационной обмотки. Ею снабжают крупные машины постоянного тока, в частности генераторы тепловозов и тяговые двигатели мощных электровозов переменного и постоянного тока.

 

Рис.5 Компенсационную обмотка

Компенсационную обмотку укладывают в пазы полюсных наконечников и включают последовательно с обмоткой якоря таким образом, чтобы МДС компенсационной обмотки была противоположна по направлению МДС обмотки якоря .

 Компенсационную обмотку включают таким образом, чтобы поток Фк, создаваемый ею, был направлен, против потока якоря Фя. При условии равенства м. д. с. этих обмоток FK = Fя происходит полная компенсация поперечного потока якоря и устраняются все вызываемые им вредные последствия. Компенсационную обмотку включают последовательно с обмоткой якоря, что обеспечивает компенсацию потока якоря при любой нагрузке машины. При увеличении тока якоря возрастает поток якоря Ф_я, но одновременно увеличивается и поток компенсационной обмотки, вследствие чего результирующий поперечный поток машины Ф_п = Ф_я— Ф_к = 0. Компенсационные обмотки применяют лишь в машинах средней и большой мощности – более 150-500 кВт при напряжении более 400 В, работающих с резкими колебаниями нагрузки, т.к. она удорожает и усложняет машину.