Реакция якоря. При нагрузке генератора в обмотке якоря появляется ток, в результате чего сердечник якоря намагничивается и становится источником дополнительного магнитного потока - потока якоря Фя. Поток якоря накладывается на поток основных полюсов Ф, в результате чего изменяется результирующее поле и появляется ряд нежелательных явлений, ухудшающих работу электрической машины.

Влияние магнитного потока якоря на поток основных полюсов при нагрузке называют реакцией якоря. Для уяснения действия реакции якоря воспользуемся методом наложения. На рис. 146, а изображено магнитное поле в генераторе при отключенной нагрузке, когда по обмотке якоря ток не проходит. Перпендикулярно потоку основных полюсов через ось якоря проходит геометрическая нейтраль ГН, на которой установлены щетки. Направление магнитных линий поля якоря (рис. 146, б) легко определить по правилу буравчика. При указанном направлении вращения якоря токи в активных проводах обмотки, расположенных выше нейтрали ГН, направлены за плоскость чертежа, а ниже нейтрали - в противоположную сторону. Ось магнитного поля якоря перпендикулярна оси поля основных полюсов. На рис. 146, в представлена картина совмещенного поля, когда ток имеется в обмотках возбуждения и якоря.

Магнитные поля полюсов (а), якоря (б) и результирующее магнитное поле (в)
Рис. 146. Магнитные поля полюсов (а), якоря (б) и результирующее магнитное поле (в)

Поясним распределение магнитной индукции результирующего поля под полюсными наконечниками. В данном случае область под набегающими краями полюсов (см. рис. 146, а и б) расположена под левым краем северного и правым краем южного полюсных наконечников Магнитные линии основных полюсов и якоря направлены в разные стороны, поэтому здесь ослабляется результирующее поле, т. е. снижается магнитная индукция. В противоположной части,’ т. е! под сбегающими краями полюсных наконечников, магнитные линии основных полюсов и якоря имеют одинаковое направление, поэтому магнитная индукция поля в этой области увеличивается.

Таким образом, магнитная индукция результирующего поля оказывается перераспределенной, а ось результирующего потока - повернутой относительно оси полюсов у - у на угол |3 (рис. 146, в). На этот же угол повернется и нейтральная плоскость, которую в данном случае называют физической нейтралью ФН. В результате между щетками и вращающимся коллектором усиливается искрение, нагреваются и преждевременно выходят из строя щетки. Под действием реакции якоря не только меняется направление результирующего магнитного потока, но и снижается его значение. Под набегающими краями полюсов магнитный поток Ф основных полюсов уменьшается полем якоря на ДФ1, а под сбегающими краями полюсов этот же поток увеличивается на ДФ2. Так как магнитная цепь машины достаточно насыщена, то сбегающие края полюсов подмагничиваются незначительно и ДФ2 •< ДФ,. Поэтому результирующий магнитный поток Фре;| ф - Дф, г Дф2 < ф

Уменьшение магнитного потока снижает э. д с. и напряжение генераторов постоянного тока, ухудшает работу подключенных к ним приемников энергии. Для уменьшения пазмагничиняюшйгп 7ТРЙГГЛ’ТПТТ С1

якоря на нейтральной плоскости устанавливают дополнительные полюсы. Дополнительные полюсы (рис. 147) создают поток Фдп, равный потоку якоря Фя и направленный навстречу ему. При этих условиях потоки Фдп и Фя уравновешивают друг друга и в машине действует только магнитный поток Ф основных полюсов. Магнитный поток якоря зависит от тока якоря, равного току нагрузки I. С увеличением нагрузки (т. е. с уменьшением сопротивления г) поток якоря Фя увеличивается, а с уменьшением нагрузки - уменьшается. Таким же ОбраЗОМ ДОЛЖеН ИЗМеНЯТЬСЯ И ПОТОК ДОПОЛНИТеЛЬНЫХ ПОЛЮСОВ Фдп Такая автоматическая компенсация потоков Фя и Фдп осуществляется благодаря последовательному соединению обмотки дополнительных полюсов и обмотки якоря, а также тщательному расчету магнитной цепи машины.

В двигателях постоянного тока в результате реакции якоря результирующий магнитный поток и физическая нейтраль смещаются в направлении, противоположном вращению якоря. Поэтому при том же направлении вращения якоря дополнительные полюсы двигателя должны иметь полярность, противоположную полярности дополнительных полюсов генератора.

Внутреннее сопротивление генератора складывается из сопротивления обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов. Чтобы снизить внутреннее падение напряжения, необходимо снизить внутреннее сопротивление генератора. Поэтому обмотки якоря и дополнительных полюсов имеют малое сопротивление.

Коммутация тока. Во время вращения якоря каждая секция его обмотки включается то в одну, то в другую параллельную ветвь. Такое переключение происходит, когда стороны секции находятся на нейтрали-машины. Совокупность всех явлений, имеющих место при переключении секции из одной параллельной ветви обмотки в другую, называют коммутацией, а время, в течение которого происходит этот процесс, - периодом коммутации.

До коммутации первой секции (рис. 148, о) щетка Щ касается пластины 1 коллектора К. Ток /, поступающий из внешней цени, пройдя щетку и коллекторную пластину /, разветвляется: одна половина идет в верхнюю ветвь обмотки (по секциям /,

III и др.), а другая - в нижнюю ветвь обмотки (по секции /1 и Др.). После окончания процесса коммутации секции I (рис. 148, в) щетка Щ касается второй пластины коллектора К. Ток I по-прежнему делится на две равные части. Однако в секции /, которая переключалась в нижнюю параллельную ветвь, ток I 2 изменил направление, і е. стал направлен но часовой стрелке. Следовательно, за время, равное периоду коммутации, ток в секции изменяется с /.'2 до -112. На рис. 148, б показано положение щетки Щ в середине периода коммутации. Изоляционная прослойка между коллекторными пластинами 1 и 2 находится посередине щетки, ток внешней цепи 1 делится между параллельными ветвями обмотки поровну, секция 1 замкнута щеткой Щ накоротко.

Дополнительные по л юсы генератора
Рис. 147. Дополнительные по л юсы генератора
Положения секции до коммутации (а), в середине периода коммутации (б) и после коммутации (в)
Рис. 148. Положения секции до коммутации (а), в середине периода коммутации (б) и после коммутации (в)

Изменение тока в короткозамкнутой секции от /72 до -112 приводит к появлению в ней э. д. с. самоиндукции ву, называемой в данном случае реактивной э. д. с. Согласно правилу Ленца направление реактивной э. д. с. совпадает с направлением тока /'2 в рассматриваемой секции 1 до начала коммутации. Под действием реактивной э. д. с. ер в короткозамкнутой секции возникает добавочный ток /к, который складывается с основным током под сбегающим краем щеток и вычитается - под набегающим. Это приводит к соответствующему изменению плотности тока под щеткой.

Увеличенная плотность тока под сбегающим краем щетки вызывает его перегрев и искрение, что может привести к порче коллектора, щеток и машины в целом. Особенно опасен круговой огонь по коллектору, т. е. мощная электрическая дуга между разноименными щетками, возникающая при большой реактивной э. д. с. ер. Для того чтобы улучшить коммутацию тока, нужно устранить или ограничить добавочный ток коммутации /к - ер гк, где гк сопротивление цепи, по которой протекает ток /к. В этом случае ток 1 будет проходить равномерно по всей поверхности щетки и искрение на коллекторе прекратится.

Используют следующие способы, улучшающие коммутацию. Щетки сдвигают с нейтрали так, чтобы э. д. с. ек> возникающая в коротко-замкнутой секции от внешнего ноля, была равна з. д. с. ер, но направлена ей навстречу. Тогда /,. (ер - еъ) ги 0. Для этого в генераторах щетки следует сдвигать за геометрическую нейтраль по наиравлению вращения якоря, а в двигателях - против вращения якоря. Этот способ можно применять только при постоянной нагрузке, когда физическая нейтраль занимает определенное положение.

В машинах устанавливают дополнительные полюсы, которые, как и щетки, располагают по линии геометрической нейтрали. Магнитное поле добавочных полюсов не только компенсирует поле якоря, но и наводит э. д. с. ек в короткозамкнутой секции обмотки якоря. Благодаря последовательному соединению обмотки якоря и обмотки дополнительных полюсов увеличение нагрузки приводит к автоматическому увеличению э. д. с. ер и ек, компенсирующих одна другую. Все машины постоянного тока снабжают дополнительными полюсами.

Генераторы постоянного тока | Электропитающие устройства и линейные сооружения автоматики, телемеханики и связи железнодорожного транспорта | Типы генераторов и их характеристики

Рекомендуемый контент: