Was ist Armaturenreaktion in einer Gleichstrommaschine?

Was ist die Wicklungsreaktion in einer Gleichstrommaschine?

Definition der Wicklungsreaktion

Die Wicklungsreaktion in einem Gleichstrommotor ist die Wirkung des Wicklungsflusses auf das Hauptmagnetfeld, wodurch dessen Verteilung und Intensität verändert wird.

Querbeaufschlagung

Die Querbeaufschlagung durch den Wicklungstrom beeinflusst das Magnetfeld, indem sie die magnetische neutrale Achse verschiebt, was zu Effizienzproblemen führt.

Bürstenverschiebung

Eine natürliche Lösung für dieses Problem besteht darin, die Bürsten in Richtung der Drehung bei Generatorbetrieb und gegen die Drehrichtung bei Motorenbetrieb zu verschieben. Dies würde zu einer Reduzierung des Luftspaltflusses führen. Dies reduziert die induzierte Spannung im Generator und erhöht die Geschwindigkeit im Motor. Die entmagnetisierende mmf (magnetomotorische Kraft) ergibt sich aus:

Wobei,

Ia = Wicklungstrom,

Z = Gesamtzahl der Leiter,

P = Gesamtzahl der Pole,

β = Winkelverschiebung der Kohlenbürsten (in elektrischen Grad).

Die Bürstenverschiebung hat ernsthafte Einschränkungen, sodass die Bürsten jedes Mal an eine neue Position verschoben werden müssen, wenn sich die Last, die Drehrichtung oder der Betriebsmodus ändert. Aus diesem Grund ist die Bürstenverschiebung nur auf sehr kleine Maschinen begrenzt. Hier sind die Bürsten an einer Position fixiert, die der normalen Last und dem Betriebsmodus entspricht. Aufgrund dieser Einschränkungen wird diese Methode im Allgemeinen nicht bevorzugt.

Zwischenpol

Die Einschränkungen der Bürstenverschiebung haben zur Verwendung von Zwischenpolen in fast allen mittelgroßen und großen Gleichstrommaschinen geführt. Zwischenpole sind lang und schmal und befinden sich in der zwischenpolaren Achse. Sie haben die Polarität des nachfolgenden Pols (im Folge der Drehrichtung) beim Generatorbetrieb und des vorherigen Pols (der bereits hinter der Drehrichtung liegt) beim Motorenbetrieb. Der Zwischenpol ist so konstruiert, dass er die Wicklungsreaktionsmmf in der zwischenpolaren Achse neutralisiert. Da die Zwischenpole in Serie mit der Wicklung verbunden sind, ändert sich die Richtung des Zwischenpols, wenn sich die Richtung des Wicklungstroms ändert.

Dies liegt daran, dass die Richtung der Wicklungsreaktionsmmf in der zwischenpolaren Achse liegt. Er liefert auch eine Kommutationsspannung für die Spule, die kommutiert wird, so dass die Kommutationsspannung die Reaktanzspannung (L × di/dt) vollständig neutralisiert. Dadurch kommt es zu keinem Funkenflug.

Die zwischenpolaren Wicklungen sind immer in Serie mit der Wicklung geschaltet, sodass die zwischenpolaren Wicklungen den Wicklungstrom tragen und daher unabhängig von der Last, der Drehrichtung oder dem Betriebsmodus zufriedenstellend arbeiten. Die Zwischenpole werden schmaler gemacht, um sicherzustellen, dass sie nur die kommutierte Spule beeinflussen und ihre Wirkung sich nicht auf andere Spulen ausdehnt. Die Basis der Zwischenpole wird breiter gemacht, um Sättigung zu vermeiden und die Reaktion zu verbessern.

Kompensierende Wicklung

Das Kommutationsproblem ist nicht das einzige Problem bei Gleichstrommaschinen. Bei schweren Lasten kann die Querbeaufschlagung der Wicklungsreaktion zu sehr hoher Flussdichte an der Spitze des nachfolgenden Pols beim Generatorbetrieb und an der Spitze des vorausgehenden Pols beim Motorenbetrieb führen.

Dadurch kann die Spule unter dieser Spitze eine induzierte Spannung entwickeln, die hoch genug ist, um einen Durchschlag zwischen den zugehörigen benachbarten Kommutatorelementen zu verursachen, insbesondere, weil diese Spule physisch nahe an der Kommutationszone (bei den Bürsten) liegt, wo die Lufttemperatur aufgrund des Kommutationsprozesses möglicherweise bereits hoch ist.

Hauptnachteile der kompensierenden Wicklungen

• In großen Maschinen, die schweren Überlasten oder Blockieren ausgesetzt sind

• In kleinen Motoren, die plötzlichen Richtungswechseln und hohen Beschleunigungen ausgesetzt sind.