Armatursvark i en DC-generator

Definition og effekter af armaturereaktion på magnetfeltet

Definition: Armaturereaktion beskriver grundlæggende interaktionen mellem armaturemagnetfeltet og hovedfeltet, specifikt hvordan armaturefluen påvirker hovedfeltfluen. Armaturemagnetfeltet genereres af strømbærende armatureledere, mens hovedfeltet er opbygget af magnetiske poler. Armaturefluen har to primære effekter på hovedfeltfluen:

• Forvrængning af hovedfeltet: Armaturereaktion forårsager en rumlig forvrængning i fordelingen af hovedfeltfluen;

• Svækkelse af hovedfeltet: Den reducerer samtidig amplituden af hovedfeltfluen.

Magnetfeltfordeling i en to-polig DC-generator under tomgangsbetingelser

Betrakt den to-polige DC-generator, der vises nedenfor. Når generatoren kører under tomgangsbetingelser (dvs. armaturestrømmen er nul), findes kun magnetisk motorkraft (MMF) fra hovedpolerne i maskinen. Magnetfluen, der genereres af hovedpolernes MMF, er jævnt fordelt langs magnetaksen, som defineres som midtlinjen mellem nord- og syltpolerne. Pilen i figuren angiver retningen af hovedmagnetfluen Φₘ. Magnetisk neutral akse (eller plan) står vinkelret på aksen for denne magnetflue.

MNA falder sammen med den geometriske neutrale akse (GNA). Børsterne i DC-maskiner placeres altid i denne akse, og derfor kaldes denne akse for kommutationsaksen.

Magnetfeltanalyse af strømbærende armatureledere

Betrakt en situation, hvor kun armatureledere bærer strøm, uden strøm i hovedpolerne. Strømretningen er ensartet for alle ledere under en enkelt pole. Retningen af den inducerede strøm i lederne bestemmes af Flemings Højre-hånds-regel, mens retningen af fluen, der genereres af lederne, følger Korkskruereglen.

Strøm i venstre-side armatureledere løber ind i papiret (betegnet ved et kryds indeni en cirkel). De magnetiske motorkræfter (MMF'er) fra disse ledere kombinerer til at generere en nedadrettet resulterende flu gennem armaturen. Ligeledes bærer højre-side ledere strøm, der løber ud af papiret (betegnet ved et prik indeni en cirkel), og deres MMF'er kombinerer også til at producere nedadrettede fluer. Således kombinerer MMF'erne fra begge sider af lederne, så deres resulterende flu er rettet nedad, som angivet af pile for armatureleder-induceret flu Φₐ i figuren ovenfor.

Figuren nedenfor illustrerer betingelsen, hvor både feltstrøm og armaturestrøm virker på lederne samtidigt.

Effekter af armaturereaktion i elektriske maskiner

Under tomgangsdrift viser maskinen to magnetiske fluer: armatureflu (genereret af strømme i armatureledere) og feltpoleflu (produceret af hovedfeltpoler). Disse fluer kombinerer sig til at danne en resulterende flu Φᵣ, som illustreret i figuren ovenfor.

Når feltflu interagerer med armatureflu, forekommer forvrængning: fluens tæthed øges ved det øverste spids af N-polen og det nedre spids af S-polen, mens den formindskes ved det nedre spids af N-polen og det øverste spids af S-polen. Den resulterende flu skifter i retningen af generatorrotationen, med magnetisk neutral akse (MNA)—altid vinkelret på den resulterende flu—flytter sig tilsvarende.

Nøgleeffekter af armaturereaktion:

• Ujevnhed i fluens tæthed

• Armaturereaktion øger fluens tæthed i en halv del af polen, mens den formindsker den i den anden.

• Den totale polflu formindskes let, hvilket reducerer terminalspændingen—et fænomen, der kaldes demagnetiserende effekt.

• Forvrængning af fluformen

• Den resulterende flu forvrænger magnetfeltet.

• I generatorer skifter MNA med den resulterende flu; i motorer skifter den modsat den resulterende flu.

• Kommutationsudfordringer

• Armaturereaktion inducerer flu i den neutrale zone, hvilket genererer spændinger, der forårsager kommutationsproblemer.

• Definitioner af neutral akse

• MNA er den sted, hvor den inducerede EMF er lig med nul.

• Den geometriske neutrale akse (GNA) deler armaturekernen symmetrisk.