Реакция якоря в генераторах постоянного тока и способы её устранения

При работе генератора в режиме холостого хода в магнитной системе генератора имеется только одно магнитное поле – поле индуктора от тока в ОВ (рис. 4.9). В параллельных ветвях ОЯ возникают лишь ЭДС, которые уравновешивают друг друга.

 

Рис. 4.9. Магнитное поле генератора постоянного тока в режиме холостого хода

 

Щетки расположены на нейтральной линии ab, поэтому искрения на коллекторе нет, так как в секциях, коммутируемых щетками, ЭДС равны нулю.

Если к генератору подключить нагрузку, то электрическую схему можно будет представить так, как изображено на рис. 4.10, а магнитное поле генератора постоянного тока в режиме нагрузки – как на рис. 4.11.

 

Рис. 4.10. Электрическая схема генератора постоянного тока в режиме нагрузки

 

 

 

Рис. 4.11. Магнитное поле генератора постоянного тока в режиме нагрузки

 

Ось магнитного поля якоря перпендикулярна к оси магнитного поля индуктора.

У набегающего края каждого полюса магнитные силовые линии поля якоря имеют направление, противоположное направлению магнитных силовых линий индуктора – ослабляют его – а у сбегающего края – одинаковое направление – усиливают поле индуктора.

Результирующее поле можно рассматривать, как исходное, искаженное в результате воздействия на него поля якоря.

Воздействие поля якоря на магнитное поле индуктора называется реакцией якоря в генераторе постоянного тока.

С увеличением I_а искажение поля увеличивается, магнитные силовые линии результирующего поля еще больше отклоняются от направления, перпендикулярного к нейтральной оси ab (угол α увеличивается) (рис. 4.12). Поэтому искрение под щетками увеличивается.

Рис. 4.12. Искажение основного магнитного поля машины постоянного тока магнитным полем реакции якоря

 

Если щетки переместить с геометрической нейтрали ab (ГН) на физическую нейтраль (ФН) , то искрение прекратится, так как щетки будут замыкать секции обмотки якоря в тот момент, когда эти секции не пересекают магнитные силовые линии.

Но этот способ борьбы с искрением не универсален, так как с изменением нагрузки положение щеток надо все время изменять.

Кроме этого: со сдвигом щеток на новую нейтраль появляется размагничивающая составляющая у поля якоря, которая ослабляет поле индуктора, следовательно уменьшает ЭДС.

Для устранения искрения щеток при любой нагрузке служат добавочные полюсы, расположенные на нейтрали (ab) (рис. 4.13).

Своим противоположным полем они размагничивают магнитное поле якоря и устраняют причину искажения магнитного поля индуктора.

Чтобы размагничивание происходило автоматически в соответствии с нагрузкой генератора, обмотка добавочных полюсов включается последовательно с внешней цепью.

Добавочные полюсы не устраняют создаваемое реакцией якоря неравномерное распределение индукции под главными полюсами и уменьшение полезного тока.

Рис. 4.13. Устранение влияния магнитного поля реакции якоря с помощью добавочных полюсов

 

В крупных электрических машинах, а также в электрических машинах, работающих в тяжелых условиях, сильное местное повышение индукции под главными полюсами может вызвать перекрытие изоляционного промежутка между пластинами коллектора, а затем и круговой огонь.

Необходимо полностью компенсировать реакцию якоря. Для этого делаются специальные компенсационные обмотки, которые размещаются в пазах, сделанных в несколько расширенных полюсных наконечниках главных полюсов (рис. 4.14).

 

 

Рис. 4.14. Компенсационная обмотка

Компенсационные обмотки соединяются последовательно с якорем, таким образом, что каждый из её стержней как бы образует с находящимися под ним стержнем обмотки якоря бифилярную систему, магнитное поле у которой почти отсутствует. Однако компенсационные обмотки – дорогие, увеличиваются и потери в них.