Reakcija armature u DC generatoru

Definicija i učinci magnetskog polja armaturne reakcije

Definicija: Armaturna reakcija temeljno opisuje interakciju između magnetskog polja armature i glavnog polja, posebno karakterizirajući kako armaturni fluks utječe na glavni fluks. Magnetsko polje armature generira se strujnim vodnicima armature, dok je glavno polje uzbuđeno magnetskim polovima. Armaturni fluks ima dva glavna učinka na glavni fluks:

• Deformacija glavnog polja: Armaturna reakcija uzrokuje prostornu deformaciju raspodjele glavnog fluksa;

• Osnuživanje glavnog polja: Istodobno smanjuje amplitudu glavnog fluksa.

Raspodjela magnetskog polja u dvopolnom DC generatoru pod uvjetima bez opterećenja

Promotrimo dvopolni DC generator prikazan na slici ispod. Kada generator radi pod uvjetima bez opterećenja (tj. struja armature je nula), unutar mašine postoji samo magnetomotorna snaga (MMF) glavnih polova. Magnetski fluks generiran MMF-om glavnih polova ravnomjerno je raspoređen duž magnetske osi, koja se definira kao srednja linija između sjevernog i južnog pola. Strelica na slici pokazuje smjer glavnog magnetskog fluksa Φₘ. Magnetska neutralna os (ili ravnina) okomita je na os ovog magnetskog fluksa.

MNA se podudara s geometrijskom neutralnom osi (GNA). Šetnjice DC mašina uvijek su postavljene na toj osi, stoga se ta os naziva os komutacije.

Analiza magnetskog polja strujnih vodnika armature

Promotrimo situaciju gdje samo vodnici armature nose struju, bez struje u glavnim polovima. Smjer struje jednak je za sve vodnike pod jednim polom. Smjer inducirane struje u vodnicima određuje se Flemingovim pravilom desne ruke, dok se smjer fluksa generiranog vodnicima prati Pravilom škare.

Struja u vodnicima armature lijeve strane teče u papir (označena križićem unutar kruga). Magnetomotorne snage (MMF) tih vodnika kombiniraju generirajući rezultantni fluks prema dolje kroz armaturu. Slično tome, vodnici desne strane nose struju koja teče izvan papira (označena točkom unutar kruga), s njihovim MMF-om također kombinirajući generirajući prema dolje usmjereni fluks. Stoga, MMF-ovi sa obje strane vodnika kombiniraju tako da je njihov rezultantni fluks usmjeren prema dolje, kao što pokazuje strelica za fluks induciran vodnicima armature Φₐ na slici iznad.

Slika ispod ilustrira stanje kada istodobno djeluju struja pola i struja armature na vodnike.

Učinci armaturne reakcije u električnim mašinama

Pod uvjetima bez opterećenja, mašina izražava dva magnetska fluksa: armaturni fluks (generiran strujama u vodnicima armature) i fluks polova polja (proizveden glavnim polovima polja). Ovi fluksi kombiniraju formirajući rezultantni fluks Φᵣ, kao što je prikazano na slici iznad.

Kada se fluks pola međusobno mijesaju s armaturnim fluksom, događa se deformacija: gustoća fluksa povećava se na gornjem vrhu N-pola i donjem vrhu S-pola, dok smanjuje na donjem vrhu N-pola i gornjem vrhu S-pola. Rezultantni fluks pomješta se u smjeru rotacije generatora, s magnetskom neutralnom osi (MNA)—uvijek okomitom na rezultantni fluks—kako se odgovarajuće pomiče.

Ključni učinci armaturne reakcije:

• Nedosavršena gustoća fluksa

• Armaturna reakcija povećava gustoću fluksa u jednoj polovici pola, dok je smanjuje u drugoj.

• Ukupni fluks pola blago smanjuje, smanjujući terminalni napon—pojavu zovemo demagnetizacijski učinak.

• Deformacija valne oblike fluksa

• Rezultantni fluks deformira magnetsko polje.

• U generatorima, MNA pomješta se s rezultantnim fluksom; u motorima, pomješta se suprotno rezultantnom fluksu.

• Izazovi komutacije

• Armaturna reakcija inducira fluks u neutralnoj zoni, generirajući napone koji uzrokuju probleme komutacije.

• Definicije neutralne osi

• MNA je mjesto gdje inducirani EMF jednak je nuli.

• Geometrijska neutralna os (GNA) simetrično dijeli jezgra armature.