Αντίδραση Ανάμεσας σε DC Γεννήτρια

Ορισμός και Επιπτώσεις του Μαγνητικού Πεδίου της Δράσης της Αρμάτουρας

Ορισμός: Η δράση της αρμάτουρας βασικά περιγράφει την αλληλεπίδραση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου της αρμάτουρας και του κυρίως πεδίου, χαρακτηρίζοντας συγκεκριμένα πώς το φλούξ της αρμάτουρας επηρεάζει το φλούξ του κυρίως πεδίου. Το μαγνητικό πεδίο της αρμάτουρας παράγεται από τους διαχειριστές της αρμάτουρας που φέρουν ρεύμα, ενώ το κύριο πεδίο ενεργοποιείται από μαγνητικά πόλη. Το φλούξ της αρμάτουρας ασκεί δύο βασικές επιπτώσεις στο φλούξ του κυρίως πεδίου:

• Διαστροφή του Κυρίου Πεδίου: Η δράση της αρμάτουρας προκαλεί χωρική διαστροφή στην κατανομή του φλούξ του κυρίου πεδίου;

• Επιβράδυνση του Κυρίου Πεδίου: Παράλληλα μειώνει την πλάτος του φλούξ του κυρίου πεδίου.

Κατανομή του Μαγνητικού Πεδίου σε Δίπολη DC Γεννήτρια Χωρίς Φορτίο

Σκεφτείτε τη δίπολη DC γεννήτρια που εμφανίζεται στο παρακάτω σχήμα. Όταν η γεννήτρια λειτουργεί χωρίς φορτίο (δηλαδή, το ρεύμα της αρμάτουρας είναι μηδέν), υπάρχει μόνο η μαγνητοδυναμική δύναμη (MMF) των κυρίων πόλων μέσα στη μηχανή. Ο μαγνητικός φλούξ που παράγεται από τη MMF των κυρίων πόλων είναι ομοιόμορφα κατανεμημένος κατά μήκος του μαγνητικού άξονα, ο οποίος ορίζεται ως το κέντρο μεταξύ των βόρειων και νότιων πόλων. Το βέλος στο σχήμα δείχνει την κατεύθυνση του κυρίου μαγνητικού φλούξ Φₘ. Ο μαγνητικός ουδέτερος άξονας (ή επίπεδο) είναι κάθετος στον άξονα αυτού του μαγνητικού φλούξ.

Ο MNA συμπίπτει με το γεωμετρικό ουδέτερο άξονα (GNA). Οι επιφάνειες επαφής των DC μηχανών τοποθετούνται πάντα σε αυτόν τον άξονα, και επομένως αυτός ο άξονας ονομάζεται άξονας κομμάτων.

Ανάλυση του Μαγνητικού Πεδίου των Διαχειριστών της Αρμάτουρας που Φέρουν Ρεύμα

Υποθέστε ένα σενάριο όπου μόνο οι διαχειριστές της αρμάτουρας φέρουν ρεύμα, χωρίς ρεύμα στους κυρίους πόλους. Η κατεύθυνση του ρεύματος είναι ομοιόμορφη για όλους τους διαχειριστές υπό έναν μόνο πόλο. Η κατεύθυνση του επεικτικού ρεύματος στους διαχειριστές καθορίζεται από τον Κανόνα της Δεξιάς Χειρός του Fleming, ενώ η κατεύθυνση του φλούξ που παράγεται από τους διαχειριστές ακολουθεί τον Κανόνα της Κούπας.

Το ρεύμα στους διαχειριστές της αρμάτουρας στα αριστερά ρέει μέσα στο χαρτί (δηλωμένο από ένα κρισταλλικό σημάδι μέσα σε έναν κύκλο). Οι μαγνητοδυναμικές δυνάμεις (MMFs) αυτών των διαχειριστών συνδυάζονται για να παράξουν έναν κατωφλικό φλούξ μέσα στην αρμάτουρα. Ωστόσο, οι διαχειριστές στα δεξιά φέρουν ρεύμα που ρέει έξω από το χαρτί (δηλωμένο από ένα κουκκίδιο μέσα σε έναν κύκλο), με τις MMFs τους να συνδυάζονται επίσης για να παράξουν κατωφλικό φλούξ. Έτσι, οι MMFs από και τα δύο πλευρά των διαχειριστών συνδυάζονται ώστε ο τελικός φλούξ να είναι κατωφλικός, όπως δείχνει το βέλος για το φλούξ που παράγεται από τους διαχειριστές της αρμάτουρας Φₐ στο παραπάνω σχήμα.

Το παρακάτω σχήμα εικονίζει την κατάσταση όπου το ρεύμα του πεδίου και το ρεύμα της αρμάτουρας ενεργούν συνεπτυχώς στους διαχειριστές.

Επιπτώσεις της Δράσης της Αρμάτουρας σε Ηλεκτρικές Μηχανές

Κατά τη λειτουργία χωρίς φορτίο, η μηχανή εμφανίζει δύο μαγνητικούς φλούξ: τον φλούξ της αρμάτουρας (που παράγεται από τα ρεύματα στους διαχειριστές της αρμάτουρας) και τον φλούξ των πόλων του πεδίου (που παράγεται από τους κυρίους πόλους του πεδίου). Αυτοί οι φλούξ συνδυάζονται για να σχηματίσουν έναν τελικό φλούξ Φᵣ, όπως εικονίζεται στο παραπάνω σχήμα.

Όταν ο φλούξ του πεδίου αλληλεπιδρά με τον φλούξ της αρμάτουρας, προκαλεί διαστροφή: η πυκνότητα του φλούξ αυξάνεται στην άνω άκρη του N-πόλου και στην κάτω άκρη του S-πόλου, ενώ μειώνεται στην κάτω άκρη του N-πόλου και στην άνω άκρη του S-πόλου. Ο τελικός φλούξ μετακινείται προς την κατεύθυνση περιστροφής του γεννήτρια, με τον μαγνητικό ουδέτερο άξονα (MNA)—πάντα κάθετος στον τελικό φλούξ—να μετακινείται αντίστοιχα.

Βασικές Επιπτώσεις της Δράσης της Αρμάτουρας:

• Ασυμμετρία της Πυκνότητας του Φλούξ

• Η δράση της αρμάτουρας αυξάνει την πυκνότητα του φλούξ στη μισή του πόλου ενώ μειώνει την άλλη.

• Ο συνολικός φλούξ του πόλου μειώνεται ελαφρώς, μειώνοντας την τελική τάση—ένα φαινόμενο που ονομάζεται  δημαγνητισμός.

• Διαστροφή της Μορφής του Φλούξ

• Ο τελικός φλούξ διαστρέφει το μαγνητικό πεδίο.

• Στους γεννήτριες, ο MNA μετακινείται με τον τελικό φλούξ· στους κινητήρες, μετακινείται αντίθετα στον τελικό φλούξ.

• Προκλήσεις Κομμάτων

• Η δράση της αρμάτουρας παράγει φλούξ στην ουδέτερη ζώνη, παράγοντας τάσεις που προκαλούν προβλήματα κομμάτων.

• Ορισμοί Ουδέτερων Αξόνων

• Ο MNA είναι όπου η επεικτική EMF ισούται με μηδέν.

• Ο γεωμετρικός ουδέτερος άξονας (GNA) διαιρεί συμμετρικά την καρδιά της αρμάτουρας.