Реакция якоря в машине постоянного тока

При холостом ходе машины тока в якоре нет и магнитное поле создается намагничивающей силой полюсов. Это магнитное поле симметрично относительно оси полюсов и распределяется примерно равномерно в воздушном зазоре (Рис.2а).

Рис.2-Магнитное поле полюсов (а) и поле якоря (б)

Если по проводникам обмотки якоря невозбуждаемой машины пропустить от постороннего источника такой ток, который будет при нагрузке машины, то будет создано магнитное поле якоря (рис. 2 б). Это поле якоря замыкается поперёк оси полюсов и называется поперечным полем реакции якоря.

При нагрузке машины в обмотке якоря протекает ток I_a, который создаёт своё магнитное поле. Поле якоря, воздействуя на магнитное поле полюсов, изменяет и искажает его. Воздействие магнитного поля якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря.

Рис.3-Магнитное поле машины постоянного тока при нагрузке

Намагничивающая сила якоря под одним краем полюса (под набегающим для генератора и под сбегающим для двигателя) направлена встречно намагничивающей силе полюсов, а под другим краем полюса (под сбегающим для генератора и под набегающим для двигателя) — согласно намагничивающей силе полюсов. Следовательно, под одним краем полюса происходит уменьшение, а под другим увеличение магнитной индукции.

Таким образом, при нагрузке машины результирующее магнитное поле будет несимметрично относительно оси полюсов (рис. 3), т. е. поперечное поле реакции якоря перераспределяет магнитное поле полюсов, ослабляя его под одним краем и усиливая под другим краем полюса. Если магнитная система машины не насыщена, то увеличение магнитного потока под одним краем полюса будет равно уменьшению магнитного потока под другим краем полюса и результирующий магнитный поток останется неизменным при изменении нагрузки. Так как машины работают при сравнительно сильных магнитных полях, то вследствие насыщения стали увеличение магнитного потока под одним краем полюса будет меньше, чем уменьшение магнитного потока под другим краем полюса. Поэтому результирующий магнитный поток при нагрузке окажется меньше магнитного потока полюсов, т. е. магнитного потока при холостом ходе. Другими словами, поперечный магнитный поток реакции якоря размагничивает машину, уменьшая её магнитный поток, что приводит к уменьшению ЭДС и электромагнитного момента.

Изменение магнитного потока машины приводит в генераторах к изменению как э. д. с., так и напряжения на зажимах машины. Кроме того, под воздействием реакции якоря увеличивается напряжение между смежными коллекторными пластинами, что ухудшает коммутацию тока и может привести к искрению щёток, что, в свою очередь, может вызвать круговой огонь на коллекторе.

Если, например, в генераторе при неизменном токе возбуждения увеличится нагрузка (возрастет ток в якоре), то из-за размагничивающего действия поля реакции якоря магнитный поток машины уменьшится, что повлечет за собой уменьшение как э. д. с., так и напряжения на зажимах генератора. Поэтому в тех случаях, когда требуется постоянство э. д. с. или напряжения на зажимах генератора, при увеличении нагрузки машины повышают и ток возбуждения с тем, чтобы возрастание магнитного потока компенсировало размагничивающее действие реакции якоря. Кроме того, при нагрузке напряжение уменьшается в результате падения напряжения в якоре.

На рис.4 показано рспределение магнитной индукции поля полюсов,1 магнитной индукции поля якоря 3 и МДС обмотки якоря 2. МДС якоря линейно возрастает от центра полюсов до середины межполюсного пространства (геометрической нейтрали), поэтому влияние реакции якоря проявляется, в наибольшей степени, по краям полюсов.

Рис.4- Магнитное поле якоря

МДС реакции якоря в любой точке полюса можно определить по формуле

F_fqb=A = x