Реакция якоря машины постоянного тока приводит

В результате смещения часть проводников параллельной ветви, расположенных между щеткой и нейтралью окажется под полюсом противоположной полярности и будет создавать тормозной момент.

Изменение нагрузки машины будет приводить к изменению тока якоря и соответствующему усилению или ослаблению его магнитного поля. Поэтому угол будет изменяться с нагрузкой.

Помимо смещения нейтрали реакция якоря уменьшает общий магнитный поток за счет того, что поле под главными полюсами искажается. Под одним краем полюса оно ослабляется, а под другим усиливается, но усиление поля в результате насыщения края полюса оказывается меньше ослабления и результирующий магнитный поток уменьшается, что отрицательно сказывается на энергетических показателях машины.

Наиболее эффективным средством уменьшения влияния реакции якоря является компенсационная обмотка. Она укладывается в специальные пазы главных полюсов и включается последовательно в цепь якоря. Магнитное поле компенсационной обмотки направлено встречно и, как следует из ее названия, компенсирует магнитное поле якоря. Ток компенсационной обмотки равен току якоря, поэтому компенсация происходит при всех режимах от холостого хода до полной нагрузки. В результате поле машины под главными полюсами остается практически неизменным. Однако в межполюсном простанстве часть МДС якоря остается не скомпенсированной и оказывает отрицательное влияние на работу щеточно-коллекторного узла. Компенсация реакции якоря в этой области осуществляется применением добавочных полюсов. Компенсационные обмотки сильно усложняют и удорожают машину, поэтому они используются только в специальных двигателях средней и большой мощности.

Другим способом компенсации является увеличение зазора между краями главных полюсов и якорем. Для сохранения потока при увеличении зазора требуется увеличение МДС обмотки возбуждения. Это приводит к увеличению полюсов, катушек и в целом к ухудшению массогабаритных показателей. Увеличение зазора используют в машинах малой и средней мощности.

Источник

Реакция якоря в машинах постоянного тока

Магнитный поток в машине постоянного тока создается всеми ее обмотками, по которым протекает ток. В режиме холостого хода по обмотке якоря генератора ток не протекает, а по обмотке якоря двигателя протекает ток холостого хода, небольшой по значению. Поэтому в машине существует только основной магнитный поток Ф0, создаваемый обмоткой возбуждения полюсов и симметричный относительно их осевой линии (рис. 1, а).

На рис. 1, а (коллектор не показан) щетки расположены рядом с проводниками обмотки якоря, от которых идут отпайки к тем коллекторным пластинам, с которыми в данный момент соединены щетки. Такое положение щеток называется положением на геометрической нейтрали, т. е. на линии, проходящей через центр якоря и проводники обмотки, в которых индуцируемая основным магнитным потоком э. д. с. равна нулю. Геометрическая нейтраль перпендикулярна осевой линии полюсов.

Когда к обмотке якоря генератора присоединена нагрузка Rn или когда на вал двигателя действует тормозной момент, по обмотке протекает ток якоря 1Я, который создает магнитный поток якоря Фя (рис. 1, б). Магнитный поток якоря направлен по линии, на которой расположены щетки. Если щетки расположены на геометрической нейтрали, то поток якоря направлен перпендикулярно основному магнитному потоку и поэтому называется поперечным магнитным потоком.

Рис. 1. Магнитные потоки в машине постоянного тока: а — магнитный поток полюсов; б — магнитный поток обмотки якоря; в — результирующий магнитный поток

Влияние магнитного потока якоря на основной магнитный поток называется реакцией якоря. В генераторе постоянного тока под «сбегающим» краем полюса магнитные потоки складываются, под «набегающим» — вычитаются. У двигателя — наоборот. Таким образом под одним краем полюса результирующий магнитный поток Ф увеличивается по сравнению с основным магнитным потоком, под другим краем полюса — уменьшается. В результате он становится несимметричным по отношению к осевой линии полюсов (рис. 1, в).

Физическая нейтраль — линия, проходящая через центр якоря и проводники обмотки якоря, в которых индуцируемая результирующим магнитным потоком э. д. с. равна нулю, поворачивается на угол а по отношению к геометрической нейтрали (в сторону опережения у генераторов, в сторону отставания — у двигателей). При холостом ходе физическая нейтраль совпадает с геометрической.

В результате реакции якоря магнитная индукция в зазоре машины становится еще более неравномерной. В проводниках якоря, находящихся в точках повышенной магнитной индукции, индуцируется большая э. д. с, что приводит к увеличению разности потенциалов между соседними пластинами коллектора и к возникновению искрения на коллекторе. Иногда электрическая дуга перекрывает весь коллектор, образуя «круговой огонь».

Кроме того, реакция якоря приводит к уменьшению э. д. с. якоря, если машина работает в области, близкой к насыщению. Это связано с тем, что когда основной магнитный поток Ф0 создает насыщенное состояние магнитопровода, то увеличение магнитного потока на +ΔФ под одним краем полюса будет меньшим, чем уменьшение на —ΔФ под другим (рис. 2). Это приводит к уменьшению суммарного потока полюса и э. д. с. якоря, так как

Отрицательное влияние реакции якоря можно уменьшить, сдвигая щетки на физическую нейтраль. При этом поток якоря поворачивается на угол α и встречный поток под набегающим краем полюса генератора уменьшается. Сдвиг щеток осуществляют у генератора по направлению вращения якоря, а у двигателя — против направления вращения якоря. Угол α меняется с изменением тока якоря Iя. На практике щетки обычно устанавливают на угол, соответствующий средней нагрузке.

В машинах средней и большой мощностей применяют компенсационную обмотку, расположенную в пазах главных полюсов и включаемую последовательно с обмоткой якоря так, чтобы ее магнитный поток Фк был противоположен магнитному потоку Фя. Если при этом Фк = Фя, то магнитный поток в воздушном зазоре из-за реакции якоря практически не искажается.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Реакция якоря и ее виды

Явление реакции якоря

Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле, характер которого на основании рисунка 1, а и б показан на рисунке 2. Полярность полюсов и направлений токов якоря на этом рисунке соответствуют случаю, когда в режиме генератора (Г) якорь вращается по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) – против часовой стрелки.

Из рисунка 2 видно, что под влиянием поля якоря результирующее поле машины изменяется. Это явление называется реакцией якоря.

Поперечная реакция якоря

При установке щеток на геометрической нейтрали 1 – 1 (рисунок 1, б) поле якоря направлено поперек оси полюсов, и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря.

Рисунок 1. Магнитное поле индуктора (а) и якоря (б)

Как следует из рисунка 2, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе – в обратную сторону. Если условно, как это иногда делается, рассматривать линии магнитной индукции в качестве упругих нитей, то возникновение электромагнитного момента можно рассматривать как результат действия упругих сил этих нитей, стремящихся сократиться и повернуть якорь. Из рисунка 2 видно, что при такой трактовке явлений направления действия моментов совпадают с реальными как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.

Под воздействием поперечной реакции якоря нейтральная линия на поверхности якоря, на которой Bδ = 0, поворачивается из положения геометрической нейтрали 1 – 1 на на некоторый угол β в положение 2 – 2 (рисунок 2), которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе – в обратную сторону.

Из рисунка 1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рисунка 1, б, поле поперечной реакции якоря индуктирует э. д. с. одного направления, а в правой – другого. В результате этого при установке щеток на геометрической нейтрали суммарная э. д. с. от поля реакции якоря в каждой параллельной ветви обмотки и на щетках равна нулю.

Рисунок 3. Поле продольной реакции якоря

Продольная реакция якоря

Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90° эл. (рисунок 3), то поле якоря вдоль оси полюсов и называется полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока в якоре оказывает на поле полюсов намагничивающее или размагничивающее действие, и в результате его взаимодействия с полем полюсов электромагнитный момент не возникает. Индуктируемая при вращении якоря э. д. с. на щетках будет в этом случае также равна нулю.

Общий случай реакции якоря

Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной установки щеток, а также сознательных действий персонала щетки могут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол α (рисунок 4, а), причем 0

Источник

Реакция якоря машины постоянного тока

Смещение магнитного поля генератора. Под реакцией якоря понимают явление воздействия магнитного поля, создаваемого током якоря, на магнитное поле главных полюсов.

При холостом ходе генератора магнитное поле машины образовано только главными полюсами (рис. 1.10, а). Оно симметрично относительно оси полюсов и его ось совпадает с осью полюсов. Когда генератор работает с нагрузкой, по обмотке якоря протекает ток, который создает свое магнитное поле (рис. 1.10.б), называемое полем якоря. Ось магнитного поля якоря совпадает с линией, соединяющей щетки, т.е. с геометрической нейтралью, и перпендикулярна оси главных полюсов. При вращении якоря распределение тока в проводниках якоря остается неизменным и поле якоря — неподвижным в пространстве. Индукция этого поля пропорциональна току в якоре.

При работе генератора с нагрузкой поле якоря накла­дывается на поле полюсов. В генераторе создаётся результирующее поле (рис 1.10, В), повернутое по направлению вращения якоря на некоторый угол у относительно поля главных полюсов. Физическая нейтральная линия оказывается повернутой на тот же угол относительно геометрической нейтральной линии. При изменении нагрузки индукция поля якоря изменяется, изменяется и угол .

Результаты смещения магнитного поля. Смещение физической нейтральной линии вызывает нежелательные последствия, приводящие к ухудшению работы генератора: Ø уменьшается ЭДС, так как щетки оказываются установленными в точках, между которыми разность потенциалов не максимальная;

Ø переключение проводников обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую происходит не на физической нейтрали, а на геометрической, где расположены щетки и где результирующее поле В′ ≠ 0, что, как будет показано в следующем параграфе, приводит к искрению щеток и обгоранию коллекторных пластин;

Ø индукция магнитного поля под полюсами распределяется неравномерно; под краем полюса, на который якорь набегает, она уменьшается, а под краем полюса, с которого сбегает, – увеличивается (штриховая линия на рис. 1.7) настолько, что может создаться насыщение сбегающего края полюса и зубцов якоря. В результате появится продольная размагничивающая составляющая поля якоря, направленная против поля главных полюсов, что также приведет к уменьшению ЭДС якоря. Кроме того, в части проводников, находящихся в зоне магнитного насыщения, наводится значительная ЭДС, которая может вызвать пробой изоляции между соседними коллекторными пластинами и повышенное искрение на коллекторе.

Смещение магнитного поля двигателя. У двигателя постоянного тока при том же направлении тока в якоре направление вращения якоря по сравнению с генератором противоположное (штриховая стрелка на рис. 1.10, в), а картина распределения полей одинаковая. Результирующее поле и физическая нейтральная линия оказываются повернутыми на угол против направления вращения якоря.

Это приводит к нежелательным последствиям: уменьшается вращающий момент двигателя, так как часть проводников параллельной ветви, расположенных между щеткой и физической нейтралью, будет находиться в зоне полюса противоположной полярности – эта часть проводников будет создавать тормозной момент.

Как и у генератора, возможно искрение щеток и обгорание коллектора, а также появление продольного размагничивающего поля.

Способы уменьшения влияния реакции якоря. Наиболее действенным и распространенным средством уменьшения влияния реакции якоря на работу машины является применение дополнительных полюсов. Дополнительные полюсы устанавливаются на геометрической нейтральной линии между главными полюсами (рис. 1.11).

Их обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и намотана так, что ее магнитное поле направлено против магнитного поля якоря. В зоне геометрической нейтральной линии создаются условия, благоприятные для безыскровой работы щеток (более подробно этот вопрос рассмотрен в следующем параграфе). Дополнительные полюсы выполняют свои функции во всех режимах работы маши­ны: при изменении нагрузки одновременно изменяются ток и поле якоря, ток и поле дополнительных, полюсов; при переходе машины в режим двигателя одновременно изменяется направление токаи поля якоря и направление тока и поля дополнительных полюсов.

Для выравнивания индукции под полюсами в быстроходных машинах большой мощности (свыше 80 кВт на один полюс) применяют компенсационную обмотку, которую закладывают в специальные пазы в полюсных наконечниках (рис. 1.12).

Компенсационная обмотка включается последовательно с обмоткой якоря и обмоткой дополнительных полюсов. Магнитное поле компенсационной обмотки всегда направлено навстречу магнитному полю якоря и таким образом оно компенсирует поле якоря в зоне главных полюсов.

В машинах малой мощности (до нескольких сотен ватт) вместо дополнительных полюсов применяют сдвиг щеток с геометрической нейтральной линии. При этом, как будет показано в § 1.7, создаются условия, уменьшающие искре­ние щеток из-за влияния реакции якоря.

Источник

Реакция якоря

Глава сорок третья

43.1. Основные понятия

При холостом ходе машины магнитный поток создает­ся током, протекающим по обмотке возбуждения. Магнитный поток направлен вдоль полюсов (рис. 43.1).

При нагрузке машины, когда цепь якоря замкнута, по его обмотке будет протекать ток. Этот ток создает свой

магнитный поток, который накладываясь на поток возбуж­дения, образует результирующий магнитный поток. Прост­ранственное распределение потока и его значение при нагрузке будут иными, чем при холо­стом ходе. Воздействие поля якоря на поле возбуждения носит назва­ние реакции якоря.

На проявление реакции якоря в машинах постоянного тока силь­ное влияние оказывает положение щеток на коллекторе, так как от этого зависит распределение тока по проводникам обмотки якоря и маг­нитного поля, созданного им. Ось поля якоря совпадает с воображае­мой линией, проходящей через щетки и центр окружности якоря.

Рис. 43.1. Магнитное по­ле машины постоянного тока при холостом ходе

При диаметральном шаге обмот­ки якоря ток в проводниках, лежа­щих по одну сторону от щетки, имеет одно направление, а по другую — противоположное.

43.2. Поперечная реакция якоря

Рассмотрим реакцию якоря в машинах постоянного то­ка, когда щетки установлены на геометрической нейтрали.

При возбужденной и нагруженной машине (когда ( I B ≠0) и ( I a ≠0)) поля якоря накладывается на поле возбуждения, в результате чего образуется результирующее магнитное поле машины, примерный характер которого показан на рис. 43.3. Как можно видеть из рис. 43.3, при нагрузке машины в результате действия поперечной реакции якоря происходит искажение магнитного поля.

Рис. 43.2. Магнитное поле, созданное током якоря

Под одним краем полюса оно усиливается, а под другим ослабляется.

где Da — внешний диаметр якоря; А—линейная нагрузка якоря, от которой зависят размеры и ряд характеристик машины. Линейная нагрузка изменяется от 5 до 70 кА/м, увеличиваясь с возрастанием мощности машины.

Чтобы получить более наглядную картину распределе­ния поля поперечной реакции якоря в воздушном зазоре, развернем статор и якорь машины в плоскость (рис. 43.4, а). Примем за начало отсчета точку 0 поверх­ности якоря, лежащую на линии, проходящей через ось по­люсов. Эта линия является линией симметрии для потока поперечной реакции якоря (см. рис. 43.2). На расстоянии ±х от этой линии проведем одну из индукционных линий потока якоря. Полный ток, охватываемый ею, будет равен:

Величина представляет собой МДС поперечной реакции якоря на один зазор. При х=0 Fqx =0. С увеличе­нием х МДС поперечной реакции якоря возрастает, дости­гая максимального значения при (в нейтрали):

При МДС Fqx уменьшается, так как линия поля будет охватывать часть проводников с противоположным направлением тока (линейная нагрузка А меняет знак). Распределение Fqx при x

Рис. 43.4. Развертка статора и якоря машины постоянного тока (а) и распределение МДС поперечной реакции якоря по окружности якоря (б)

Магнитодвижущую силу поперечной реакции якоря Fqx можно записать в виде суммы:

Магнитное напряжение воздушного зазора (на один за­зор)

Предположим, что в стальных участках магнитной цепи μ =∞ и (т. е. примем, что машина ненасыщенна), тогда

Максимальное значение Bqx будет иметь место под кра­ями полюсного наконечника. У машин, в которых воздуш­ный зазор под краями наконечника выполняется большим, чем под серединой, максимальное значение индукции Bqx будет меньше, чем при равномерном зазоре, и вследствие этого влияние реакции якоря на результирующее поле бу­дет проявляться слабее.

В ненасыщенной машине картину распределения резуль­тирующего магнитного поля в зазоре машины при нагрузке можно построить путем наложения картины поля попереч­ной реакции якоря (рис. 43.6, б) на картину поля возбуждения (рис. 43.6,6).

Рис. 43.5. Распределение маг­нитной индукции поперечной реакции якоря в воздушном за­зоре

Рис. 43.6. Развертка полюсно­го деления машины (а) и кри­вые распределения магнитных индукций полей возбуждения (б), якоря (б) и результирую­щего (г) в воздушном зазоре

Направление тока в проводниках об­мотки якоря, показанное на рис. 43.6, а, соответствует пере­мещению якоря в направлении, указанном стрелками при работе машины в генераторном Г и двигательном Д ре­жимах.

Из сопоставления рис. 43.6, б и г можно сделать следу­ющие выводы:

1) при нагрузке машины под влиянием поперечной реак­ции якоря происходит искажение магнитного поля. Под одним краем полюса оно ослабляется, а под другим усили­вается. При работе машины в качестве генератора ослабле­ние поля происходит на набегающем крае полюса, а усиле­ние — на сбегающем. В двигательном режиме картина об­ратная;

2) точки Ф и Ф’, в которых кривая результирующего поля проходит через нуль, смещаются из геометрической нейтрали. Эти точки (Ф и Ф’) определяют положение так называемой физической нейтрали. По отношению к геомет­рической нейтрали физическая нейтраль смещается в сто­рону вращения якоря при работе машины в качестве гене­ратора и в противоположную сторону при работе его как двигателя. Так как индукция Bqx зависит от тока якоря, то положение физической нейтрали меняется с изменением нагрузки. При холостом ходе физическая и геометрическая нейтрали совпадают; положение геометрической (прямая 1) и физической (прямая 2) нейтралей показано на рис. 43.3;

3) в ненасыщенной машине поток сохранит то же значе­ние, что и при холостом ходе. Связано это с тем, что вслед­ствие симметрии картины поля якоря ослабление и усиле­ние результирующего поля под половинками полюса будут происходить на одно и то же значение. В результате этого площади, ограниченные кривыми поля (рис. 43.6, б и г) и пропорциональные соответствующим потокам, будут равны.

Подавляющее большинство машин постоянного тока в той или иной мере насыщены, и в этом случае уже нельзя получить результирующее поле при нагрузке сложением составляющих полей. Более насыщенным будет участок магнитной цепи под частью полюса, где индукция больше. Поэтому результирующая индукция на этом участке будет меньше суммы индукций полей возбуждения и якоря. Под другой частью полюса из-за перераспределения потока индукция несколько возрастает. Картина результирующего поля в воздушном зазоре машины, имеющей насыщенную магнитную цепь, показана на рис. 43.6, г штриховой лини­ей. Поток при нагрузке, пропорциональный площади фигу­ры, ограниченной штриховой кривой, всегда получается меньше потока при холостом ходе. Происходит это потому, что увеличение потока под одной половиной полюса из-за насыщения происходит на меньшее значение, чем ослабле­ние его под другой. В этом смысле говорят, что при нагруз­ке машины с насыщенной магнитной цепью поперечная реакция якоря оказывает размагничивающее действие.

43.3. Количественный учет размагничивающего действия поперечной

Для практических целей иногда необходимо уметь ко­личественно учитывать размагничивающее действие по­перечной реакции якоря. Для этого следует построить кар­тину результирующего поля в воздушном зазоре под полю­сом с учетом насыщения.

По данным расчета магнитной цепи машины строят за­висимость индукции в воздушном зазоре B δ от суммы (рис. 43.7). Зависимость носит на­звание переходной характеристики.

Рис. 43.7. Определение размагничивающего действия поперечной реак­ции якоря

Изменение потоков под половинками полюсов при на­грузке пропорционально площадям криволинейных тре­угольников b ‘ b «а’ и а’с’с». Так как площадь треугольника b ‘ b «а’ больше площади треугольника а’с’с», то полный по­ток полюса при нагрузке будет меньше, чем при холостом ходе.

Уменьшение потока машины из-за размагничивающего действия поперечной реакции якоря

где

Для того чтобы при нагрузке машины получить тот же поток, что и при холостом ходе, необходимо скомпенсиро­вать размагничивающее действие поперечной реакции яко­ря повышением МДС обмотки возбуждения на Fqd=ka (рис. 43.7). Достигается это увеличением тока возбуждения на значение

МДС Fqd можно также найти по приближенной форму­ле предложенной :

Зависимость Fqd от насыщения машины при Ia =const показана в нижнем квадранте рис. 43.7. Приведенная кривая подтверждает, что размагничивающее действие по­перечной реакции якоря в сильной мере зависит от магнит­ного состояния машины. Максимального значения Fqd до­стигает на колене переходной характеристики.

43.4. Продольная реакция якоря

Иногда в машинах постоянного тока щетки устанавливают не на геометрической нейтрали, а смещают от нее в ту или иную сторону на угол α (рис. 43.8). Примером тому может служить сдвиг щеток для улучшения коммутации в машинах без дополнительных полюсов (см. гл. 44).

Рис. 43.8. Разложение МДС якоря при щетках, смещенных с геометри­ческой нейтрали, на поперечную и продольную составляющие

Рис. 43.9. Пространственное распределение МДС поперечной и продоль­ной реакций якоря при щетках, смещенных с геометрической нейтрали

Максимальное значение составляющих МДС можно найти, если угловое смещение щеток выразить через соот­ветствующую ему дугу окружности якоря:

тогда максимальные значения МДС реакции якоря на один полюс

Как следует из этих выражений, при α=π/2 в машине будет существовать только продольная реакция якоря. На рис. 43.8 продольная реакция якоря направлена навстречу потоку возбуждения и, следовательно, будет оказывать на него размагничивающее действие. Аналогично можно пока­зать, что при смещении щеток в противоположную сторону, т. е. против направления вращения якоря в генераторном режиме и по вращению в двигательном, продольная реак­ция якоря будет оказывать подмагничивающее действие, усиливая поток полюсов.

Таким образом, при сдвиге щеток с геометрической нейт­рали кроме поперечной реакции якоря возникает еще и продольная реакция якоря, которая в зависимости от на­правления сдвига щеток оказывает или размагничивающее, или намагничивающее действие на поле возбуждения. Искажения картины магнитного поля в зазоре машины про­дольная реакция якоря не производит.

43.5. Влияние реакции якоря на напряжение между. соседними коллекторными пластинами.

Круговой огонь на коллекторе

где wS — число витков в секции; υα — окружная скорость вращения якоря, м/с; l δ — расчетная длина якоря, м; B δ MAX — максимальное значение индукции в воздушном зазоре под полюсным наконечником, Тл.

Рис. 43.10. К определению напряжения между соседними коллекторны­ми пластинами

При холостом ходе (рис. 43.10, а). При на­грузке машины вследствие искажения магнитного поля в зазоре из-за поперечной реакции якоря индукция под од­ним из краев полюсного наконечника увеличится до В„δт (рис. 43.10, а). В соответствии с этим увеличится напряже­ние между соседними коллекторными пластинами, к кото­рым подсоединяются секции, расположенные при вращении якоря под этими краями полюса.

Индукция может быть получена из переходной характеристики рис. 43.7 ( равна отрезку ) По сравнению с холостым ходом при номинальной нагрузке максимальное напряжение может возрасти на 25—30 %, а по сравнению со средним напряжением [см. формулу (41.8)] —на 70—80 %.

При работе машины постоянного тока вследствие исти­рания щеток образуется токопроводящая пыль, которая попадает на изоляционные промежутки между соседними коллекторными пластинами, образуя мостики. Если напря­жение между соседними пластинами будет большим, то между отдельными коллекторными пластинами возникнут искровые разряды, в результате которых мостики сгорят. Такое искрение называется потенциальным. Оно опасно тем, что приводит к плавлению краев коллекторных пластин и вследствие этого к быстрому износу щеток.

При чрезмерно большом напряжении между соседними коллекторными пластинами в машинах большой и средней мощности единичные вспышки, растягиваясь, могут вызвать круговой огонь. Круговой огонь представляет собой мощ­ную электрическую дугу на поверхности коллектора между щетками разной полярности, при этом происходит короткое замыкание машины—ток резко увеличивается, что приво­дит к повреждению коллектора и выходу машины из строя.

Отметим, что искажение кривой распределения индук­ции зависит от выбранного воздушного зазора и будет тем больше, чем меньше зазор. При проектировании машины воздушный зазор выбирается таким, чтобы при номиналь­ной нагрузке индукция в зазоре по всей ширине полюсного наконечника не меняла знак, т. е. не было бы опрокидыва­ния поля. Для этого согласно рис. 43.7 необходимо, чтобы выполнялось неравенство

Снижению UKMAX способствует применение полюсных наконечников со скошенными краями и эксцентричного воз­душного зазора (см. рис. 40.4, 40.5).

43 . 6. Компенсационная обмотка

Компенсационная обмотка в машинах постоянного тока предназначается для компенсации поперечной реакции яко­ря. При компенсации реакции якоря кривая распределения индукции в воздушном зазоре под полюсом при нагрузке машины сохраняет тот же вид, что и при холостом ходе. Вследствие этого напряжение между соседними коллектор­ными пластинами при нагрузке не будет увеличиваться, что сделает работу машины более надежной, так как умень­шается опасность возникновения кругового огня. Кроме того, при наличии компенсационной обмотки не будет про­являться размагничивающее действие поперечной реакции якоря.

Применяется компенсационная обмотка в машинах большой мощности, а также в машинах, работающих при резко переменных нагрузках и в двигателях с широким диа­пазоном регулирования скорости. При наличии компенса­ционной обмотки воздушный зазор между полюсами и яко­рем принимается минимально возможным по конструктив­ным соображениям, что приводит к уменьшению МДС обмотки возбуждения, ее размеров и размеров полюсов. Вследствие этого габаритные размеры и масса машины сокращаются. С этой целью в серии 4П машин постоянного тока общего назначения компенсационную обмотку приме­няют, начиная с машин малой мощности.

Компенсационную обмотку располагают на основных полюсах машины. Для более полной компенсации магнит­ные поля, создаваемые компенсационной обмоткой и обмот­кой якоря, должны иметь одинаковое пространственное рас­пределение в зазоре под полюсным наконечником и проти­воположные направления. Поэтому компенсационную обмотку, как и обмотку якоря, выполняют распределенной и укладывают в пазы, проштампованные в полюсных нако­нечниках (рис. 43.11). Обмотка состоит из соединенных между собой секций, располагаемых на полюсах, как пока­зано на рис. 43.12, а. Для автоматической компенсации реакции якоря при любых токах I а компенсационную об­мотку включают последовательно с якорем.

Рис. 43.11. Полюс с пазами для компенсационной обмотки

Рис. 43.12. Расположение ка­тушек компенсационной об­мотки на полюсах (а) и рас­пределение МДС якоря и ком­пенсационной обмотки (б)

Распределение МДС компенсационной обмотки F K и об­мотки якоря Fq показано на рис. 43.12,6. Как следует из рис. 43.12,6, полная компенсация реакции якоря происхо­дит только в пределах полюсного наконечника. В межпо­люсном пространстве сохраняется не полностью скомпенси­рованная МДС реакции якоря (заштрихованные треуголь­ники), которая, однако, мало влияет на работу машины, так как поле в этой зоне мало.

Витки компенсационной обмотки w K выбирают из пред­положения, что ее линейная нагрузка должна быть равна линейной нагрузке якоря А. Тогда МДС компенсационной обмотки на полюс

Источник