Reakce armatury v DC generátoru

Definice a efekty magnetického pole armatury

Definice: Armaturou reakce se základně popisuje interakce mezi magnetickým polem armatury a hlavním polem, konkrétně charakterizace, jak pole armatury ovlivňuje hlavní pole. Magnetické pole armatury je generováno vodiči armatury nesoucími proud, zatímco hlavní pole je vyvoláno magnetickými póly. Pole armatury má na hlavní pole dva hlavní efekty:

• Deformace hlavního pole: Armatura reakce způsobuje prostorovou deformaci rozložení hlavního pole;

• Oslabování hlavního pole: Zároveň snižuje amplitudu hlavního pole.

Rozdělení magnetického pole v dvoupólovém stejnosměrném generátoru při běhu bez zátěže

Uvažujme dvoupólový stejnosměrný generátor znázorněný na následujícím obrázku. Když generátor pracuje bez zátěže (tj. proud armatury je nulový), v stroji existuje pouze magnetická síla (MMF) hlavních pólů. Magnetický tok generovaný MMF hlavních pólů je rovnoměrně rozdělen podél magnetické osy, která je definována jako střední čára mezi severním a jižním pólům. Šipka na obrázku ukazuje směr hlavního magnetického toku Φₘ. Magnetická neutrální osa (nebo rovina) je kolmá na osu tohoto magnetického toku.

MNA splývá s geometrickou neutrální osou (GNA). Čepele stejnosměrných strojů jsou vždy umístěny na této ose, a proto se tato osa nazývá osa komutace.

Analýza magnetického pole vodičů armatury nesoucích proud

Uvažujme situaci, kdy proudek nese pouze vodiče armatury, bez proudu v hlavních pólů. Směr proudu je pro všechny vodiče pod jedním pól stejný. Směr indukovaného proudu v vodičích je určen Flemingovým pravidlem pravé ruky, zatímco směr toku generovaného vodiči následuje pravidlo šroubu.

Proud v vodičích armatury na levé straně teče do papíru (označeno křížem uvnitř kruhu). Magnetické síly (MMF) těchto vodičů kombinují a generují dolní výsledný tok skrz armaturu. Podobně, vodiče na pravé straně nesou proud ven z papíru (označeno tečkou uvnitř kruhu), jejich MMF také kombinují a produkují dolní tok. Tedy, MMF z obou stran vodičů se kombinují tak, že jejich výsledný tok je směrem dolů, jak je ukázáno šipkou pro tok vyvolaný vodiči armatury Φₐ na obrázku výše.

Následující obrázek ilustruje stav, kdy současně působí polem proudu i proudu armatury na vodiče.

Efekty reakce armatury v elektrických strojích

Při běhu bez zátěže stroj vykazuje dva magnetické toky: tok armatury (generovaný proudy v vodičích armatury) a tok pólů pole (vyprodukovaný hlavními pólami pole). Tyto toky se kombinují a tvoří výsledný tok Φᵣ, jak je znázorněno na obrázku výše.

Když se pole toku setká s tokem armatury, dochází k deformaci: hustota toku se zvyšuje na horním okraji N-pólu a spodním okraji S-pólu, zatímco se snižuje na spodním okraji N-pólu a horním okraji S-pólu. Výsledný tok se posouvá ve směru otáčení generátoru, s magnetickou neutrální osou (MNA)—vždy kolmé na výsledný tok—se posouvá odpovídajícím způsobem.

Klíčové efekty reakce armatury:

• Asymetrie hustoty toku

• Reakce armatury zvyšuje hustotu toku v jedné polovině pólu, zatímco ji snižuje v druhé.

• Celkový tok pólu se mírně snižuje, což snižuje napětí na terminálech—jedná se o fenomén nazývaný demagnetizační efekt.

• Deformace vlnové formy toku

• Výsledný tok deforma magnetické pole.

• V generátorech se MNA posouvá s výsledným tokem; v motorech se posouvá opačným směrem než výsledný tok.

• Problémy s komutací

• Reakce armatury vyvolává tok v neutrální zóně, což generuje napětí způsobující problémy s komutací.

• Definice neutrální osy

• MNA je místo, kde indukované EMF je rovno nule.

• Geometrická neutrální osa (GNA) dělí jádro armatury symetricky.