Reakcja armatury w prądnicy DC

Definicja i efekty pola magnetycznego reakcji armatury

Definicja: Reakcja armatury fundamentalnie opisuje interakcję między polem magnetycznym armatury a głównym polem, konkretnie charakteryzując, jak strumień indukcji armatury wpływa na strumień indukcji głównego pola. Pole magnetyczne armatury jest generowane przez przewodniki armatury niosące prąd, podczas gdy główne pole jest wzbudzane przez bieguny magnetyczne. Strumień indukcji armatury wywiera dwa główne efekty na strumień indukcji głównego pola:

• Zniekształcenie Głównego Pola: Reakcja armatury powoduje przestrzenne zniekształcenie rozkładu strumienia indukcji głównego pola;

• Oslabienie Głównego Pola: W tym samym czasie zmniejsza amplitudę strumienia indukcji głównego pola.

Rozkład pola magnetycznego w dwubiegunowym generatorze prądu stałego przy obciążeniu zerowym

Rozważmy poniższy dwubiegunowy generator prądu stałego. Gdy generator działa przy obciążeniu zerowym (tj. prąd armatury wynosi zero), w maszynie istnieje tylko siła wzbudzająca (MMF) głównych biegunów. Strumień indukcji generowany przez MMF głównych biegunów jest równomiernie rozłożony wzdłuż osi magnetycznej, która jest zdefiniowana jako środkowa linia między biegunami północnym i południowym. Strzałka na rysunku wskazuje kierunek głównego strumienia magnetycznego Φₘ. Oś neutralna magnetyczna (lub płaszczyzna) jest prostopadła do osi tego strumienia magnetycznego.

MNA pokrywa się z geometryczną osią neutralną (GNA). Pędzle maszyn prądu stałego są zawsze umieszczane na tej osi, stąd ta oś nazywana jest osią komutacji.

Analiza pola magnetycznego przewodników armatury niosących prąd

Rozważmy sytuację, w której tylko przewodniki armatury niosą prąd, bez prądu w głównych biegunach. Kierunek prądu jest jednolity dla wszystkich przewodników pod jednym biegunem. Kierunek indukowanego prądu w przewodnikach jest określany przez prawo prawej ręki Fletminga, podczas gdy kierunek strumienia indukcji generowanego przez przewodniki jest określany przez regułę korkociągu.

Prąd w lewych przewodnikach armatury płynie w głąb papieru (oznaczony krzyżykiem w okręgu). Siły wzbudzające (MMF) tych przewodników łączą się, tworząc rezultantę strumienia indukcji skierowaną w dół przez armaturę. Podobnie, prawe przewodniki niosą prąd płynący z papieru (oznaczony kropką w okręgu), z ich MMF również łączącymi się, aby wytworzyć strumień skierowany w dół. Zatem, MMF z obu stron przewodników łączą się tak, że ich rezultanta strumienia indukcji jest skierowana w dół, co jest oznaczone strzałką dla strumienia indukcji wywołanego przez przewodniki armatury Φₐ na powyższym rysunku.

Poniższy rysunek ilustruje sytuację, gdy jednocześnie działają prąd polowy i prąd armatury na przewodniki.

Efekty reakcji armatury w maszynach elektrycznych

Podczas działania bez obciążenia, maszyna wykazuje dwa strumienie indukcji: strumień indukcji armatury (generowany przez prądy w przewodnikach armatury) i strumień indukcji biegunów polowych (wyprodukowany przez główne bieguny polowe). Te strumienie łączą się, tworząc rezultantę strumienia indukcji Φᵣ, jak to zostało przedstawione na powyższym rysunku.

Gdy strumień indukcji polowy oddziałuje ze strumieniem indukcji armatury, następuje zniekształcenie: gęstość strumienia indukcji zwiększa się na górnej części bieguna N i dolnej części bieguna S, a maleje na dolnej części bieguna N i górnej części bieguna S. Rezultantny strumień indukcji przesuwa się w kierunku obrotu generatora, a oś neutralna magnetyczna (MNA)—zawsze prostopadła do rezultanty strumienia indukcji—przesuwa się odpowiednio.

Kluczowe efekty reakcji armatury:

• Niesymetryczność gęstości strumienia indukcji

• Reakcja armatury zwiększa gęstość strumienia indukcji w jednej połowie bieguna, a zmniejsza w drugiej.

• Całkowity strumień indukcji bieguna nieznacznie maleje, co powoduje spadek napięcia końcowego—jest to zjawisko zwane efektem demagnetyzacji.

• Zniekształcenie fali strumienia indukcji

• Rezultantny strumień indukcji zniekształca pole magnetyczne.

• W generatorach MNA przesuwa się wraz z rezultantą strumienia indukcji; w silnikach przesuwa się w kierunku przeciwnym do rezultanty strumienia indukcji.

• Problemy z komutacją

• Reakcja armatury indukuje strumień indukcji w strefie neutralnej, generując napięcia, które powodują problemy z komutacją.

• Definicje osi neutralnej

• MNA to miejsce, gdzie indukowane EMF wynosi zero.

• Geometryczna oś neutralna (GNA) dzieli rdzeń armatury symetrycznie.