Продольная реакция якоря

Поперечная реакция якоря.

Поперечная и продольная реакция якоря машины постоянного тока.

Электромагнитные процессы в машине постоянного тока под нагрузкой. Реакция якоря.

При холостом ходе (внешняя цепь машины разомкнута) ток в якоре отсутствует (I_a = 0), поэтому магнитное поле якоря отсутствует. При этом поле машины представляет собой поле индуктора, рассмотренное выше. Однако, при подключении нагрузки в обмотке якоря появляется ток и магнитное поле, создаваемое этим током. Говорят, что основная МДС и МДС якоря взаимодействуют, то есть магнитное поле якоря как бы искажает основное поле. Воздействие МДС якоря на основную МДС называют реакцией якоря.

Распределение поля якоря зависит от положения щёток относительно линии геометрической нейтрали q-q. Линия геометрической нейтрали – граница между соседними парами полюсов. (В двухполюсной машине эта линия перпендикулярна оси полюсов d-d.)

Магнитное поле якоря направлено вдоль воображаемых линий, соединяющих диаметрально противоположные щётки.

Поперечная реакция якоря возникает при положении щёток на линии геометрической нейтрали. Поле якоря направлено вдоль линии геометрической нейтрали в ту или иную сторону в зависимости от направления вращения якоря и направления основного магнитного поля. Под воздействием этого поля нейтральная линия (линия физической нейтрали), при которой B_δ = 0, смещается на некоторый угол β. У генератора эта линия смещается по направлению вращения якоря, у двигателя – против.

Таким образом магнитное поле в генераторе усиливается под сбегающим краем полюсного наконечника и ослабляется под набегающим; в двигателе - наоборот.

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.

Дата добавления: 2015-04-24