Реакція якоря в ДС генераторі

Визначення та вплив магнітного поля арматурної реакції

Визначення: Арматурна реакція фундаментально описує взаємодію між магнітним полем арматури та основним полем, зокрема характеризуючи, як потік арматури впливає на потік основного поля. Магнітне поле арматури генерується провідниками арматури, які несуть струм, тоді як основне поле є спричиненим магнітними полюсами. Потік арматури має два основні ефекти на потік основного поля:

• Деформація основного поля: арматурна реакція призводить до просторової деформації розподілу потоку основного поля;

• Ослаблення основного поля: одночасно зменшується амплітуда потоку основного поля.

Розподіл магнітного поля в двополюсному ДП генераторі при нульовому навантаженні

Розглянемо двополюсний ДП генератор, показаний на нижньому малюнку. Коли генератор працює при нульовому навантаженні (тобто струм арматури дорівнює нулю), у машині існує лише магнітосилова сила (МС) основних полюсів. Магнітний потік, генерований МС основних полюсів, рівномірно розподілений по магнітній осі, яка визначається як центральна лінія між північним та південним полюсами. Стрілка на малюнку вказує напрямок основного магнітного потоку Φₘ. Магнітна нейтральна вісь (або площина) перпендикулярна осі цього магнітного потоку.

МНВ збігається з геометричною нейтральною віссю (ГНВ). Щітки ДП машин завжди розташовані на цій осі, тому ця вісь називається віссю комутації.

Аналіз магнітного поля провідників арматури, що несуть струм

Розглянемо ситуацію, коли струм проходить лише через провідники арматури, а в основних полюсах струму немає. Напрямок струму однаковий для всіх провідників під одним полюсом. Напрямок викликаного струму в провідниках визначається правилом правої руки Флемінга, тоді як напрямок потоку, генерованого провідниками, визначається правилом ковзного ключа.

Струм у провідниках арматури зліва тече у папір (позначено хрестом всередині кола). Магнітосилові сили (МС) цих провідників об'єднуються, щоб створити загальний потік, що спрямований вниз через арматуру. Аналогічно, провідники справа несуть струм, що тече з паперу (позначено точкою всередині кола), а їх МС також об'єднуються, щоб створити потік, що спрямований вниз. Таким чином, МС з обох сторін провідників об'єднуються так, що їх загальний потік спрямований вниз, як показано стрілкою для потоку, викликаного провідниками арматури Φₐ на верхньому малюнку.

На нижньому малюнку показана умова, коли діють одночасно струми поля і арматури.

Ефекти арматурної реакції в електричних машинах

При нульовому навантаженні машина демонструє два магнітних потоки: потік арматури (генерований струмами в провідниках арматури) та потік полюсів поля (створений основними полюсами поля). Ці потоки об'єднуються, формуючи загальний потік Φᵣ, як показано на верхньому малюнку.

Коли потік поля взаємодіє з потоком арматури, відбувається деформація: густина потоку збільшується на верхній вершині N-полюсу та нижній вершині S-полюсу, тоді як вона зменшується на нижній вершині N-полюсу та верхній вершині S-полюсу. Загальний потік зміщується в напрямку обертання генератора, а магнітна нейтральна вісь (МНВ)—завжди перпендикулярна загальному потоку—переміщується відповідно.

Основні ефекти арматурної реакції:

• Асиметрія густини потоку

• Арматурна реакція збільшує густину потоку в одній половині полюсу, тоді як зменшує її в іншій.

• Загальний потік полюса трохи зменшується, що призводить до зниження термінального напруги—явище, відоме як демагнітизаційний ефект.

• Деформація форми потоку

• Загальний потік деформує магнітне поле.

• У генераторах МНВ зсувається разом з загальним потоком; у двигунах вона зсувається протилежно загальному потоку.

• Проблеми комутації

• Арматурна реакція викликає потік у нейтральній зоні, що генерує напруги, що призводять до проблем комутації.

• Визначення нейтральних осей

• МНВ — це місце, де викликана ЕДС дорівнює нулю.

• Геометрична нейтральна вісь (ГНВ) поділяє сердцевину арматури симетрично.