Armeringsreaksjon i en DC-generator

Definisjon og magnetfeltseffekter av armaturreaksjon

Definisjon: Armaturreaksjon beskriver grunnleggende interaksjonen mellom armaturmagnetfeltet og hovedfeltet, spesielt hvordan armaturfluksen påvirker hovedfeltfluksen. Armaturmagnetfeltet genereres av strømførende armaturledere, mens hovedfeltet er oppvekket av magnetpoler. Armaturfluksen har to primære effekter på hovedfeltfluksen:

• Forvrengning av hovedfeltet: Armaturreaksjon forårsaker romlig forvrengning i fordelingen av hovedfeltfluksen;

• Svaking av hovedfeltet: Den reduserer samtidig amplituden til hovedfeltfluksen.

Magnetfeltfordeling i en to-pol DC-generator under tomgangsbetingelser

Overvei den to-pol DC-generatoren vist nedenfor. Når generatoren opererer under tomgangsbetingelser (dvs. armaturstrømmen er null), eksisterer kun magnetisk motkraft (MMF) av hovedpolene innen maskinen. Magnetfluksen generert av hovedpolenes MMF er jevnt fordelt langs magnetaksen, som defineres som midtlinjen mellom nord- og sørpolen. Pil i figuren indikerer retningen av hovedmagnetfluksen Φₘ. Det magnetiske nøytrale aksenhull (eller plan) står vinkelrett på aksen til denne magnetfluksen.

MNA samfaller med den geometriske nøytrale aksen (GNA). Børstene i DC-maskiner er alltid plassert langs denne aksen, og derfor kalles denne aksen aksen for kommutasjon.

Magnetfeltanalyse av strømførende armaturledere

Overvei et scenario hvor bare armaturledere fører strøm, uten strøm i hovedpolene. Strømretningen er uniform for alle ledere under en enkelt pol. Retningen av induksjonsstrøm i lederne bestemmes av Flemings høyrehåndsregel, mens retningen av fluksen generert av lederne følger korkskrueregelen.

Strøm i venstre-side armaturledere flyter inn i papiret (markert med et kryss inni en sirkel). Magnetmotkrefter (MMF) av disse lederne kombinerer seg for å generere en nedovergående resultatant fluks gjennom armaturen. På samme måte bærer høyre-side lederer strøm ut av papiret (markert med et prikk inni en sirkel), med deres MMF også kombinert for å produsere nedovergående fluks. Dermed kombinerer MMF fra begge sider av lederne slik at deres resultatant fluks er rettet nedover, som indikert av pilen for armaturlederinduserte fluks Φₐ i figuren ovenfor.

Figuren nedenfor illustrerer tilstanden der både feltstrøm og armaturstrøm virker på lederne samtidig.

Effekter av armaturreaksjon i elektriske maskiner

Under tomgangsdrift viser maskinen to magnetiske fluks: armaturfluks (generert av strøm i armaturledere) og feltpolefluks (produsert av hovedfeltpoler). Disse fluksene kombinerer seg for å danne en resultatant fluks Φᵣ, som illustrert i figuren ovenfor.

Når feltfluks interagerer med armaturfluks, forekommer forvrengning: fluksdensen øker ved det øvre tippet av N-pol og det nedre tippet av S-pol, mens den minker ved det nedre tippet av N-pol og det øvre tippet av S-pol. Resultatant fluks skyver i retning av generatorrotasjon, med det magnetiske nøytrale aksenhullet (MNA)—alltid vinkelrett på resultatant fluks—flytter seg tilsvarende.

Kjerneffekter av armaturreaksjon:

• Asymmetrisk fluksdensitet

• Armaturreaksjon øker fluksdensiteten i halvparten av polen mens den minker den i den andre.

• Total polfluks minker litt, noe som reduserer terminalspenningen—et fenomen kjent som demagnetiserende effekt.

• Forvrengning av fluksbølgeform

• Resultatant fluks forvranger det magnetiske feltet.

• I generatoren skyver MNA sammen med resultatant fluks; i motorer skyver den motsatt resultatant fluks.

• Kommutasjonsutfordringer

• Armaturreaksjon inducerer fluks i det nøytrale området, noe som genererer spenninger som forårsaker kommuntasjonsproblemer.

• Definisjoner av nøytral aksen

• MNA er der den indukserte EMF er lik null.

• Den geometriske nøytrale aksen (GNA) deler armaturkjernen symmetrisk.