Реакция якоря и коммутация в машинах постоянного тока

Магнитный поток в машинах постоянного тока МПТ в режиме холостого хода возбуждается только магнитодвижущей силой (МДС) обмоток возбуждения. При этом магнитное поле однородно и симметрично относительно осей главных полюсов.

При нагрузке в обмотке якоря возникает ток, который создаёт своё магнитное поле Фя. Накладываясь на основной магнитный поток от токов обмоток возбуждения Фв , создаётся результирующий магнитный поток Ф (рис. 4.5).

При этом нейтраль физическая НФ смещается относительно нейтрали геометрической НГ в сторону вращения поля (для двигателей против направления вращения якоря), то есть нарушается однородность и симметрия магнитного поля.

Рис. 4.5.  Влияние реакции якоря на магнитное поле генератора

Воздействие поля якоря на магнитное поле машины называется реакцией якоря. Реакция якоря вынуждает смещать щётки в новое положение на физическую нейтраль, где индукция суммарного поля равна нулю во избежание сильного искрения под сбегающими краями щёток.

Различают пять ступеней искрения или пять классов коммутации:

1 – отсутствие искрения (тёмная коммутация);

- слабое точечное искрение под небольшой частью щёток;

- слабое искрение под большей частью щёток;

2 – искрение под всем краем щётки;

3 – значительное искрение под всем краем щётки с наличием крупных вылетающих искр.

Коммутация - комплекс переходных процессов, связанных с переключением секций обмотки якоря из одной параллельной ветви в другую с изменением направления тока в них, что вызывает искрообразование на поверхности коллектора.

Электрические машины эксплуатируются при первых трёх классах коммутации.

Для того, чтобы улучшить условия коммутации применяют добавочные полюсы, которые устанавливают на геометрической нейтрали машины. Обмотки добавочных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря так, чтобы магнитный поток обмотки добавочных полюсов компенсировал магнитный поток реакции якоря в зоне коммутируемых секций.

Добавочные полюсы не устраняют неравномерное распределение магнитной индукции под главными полюсами. В мощных и быстроходных машинах используют компенсационную обмотку, которую соединяют последовательно с обмоткой якоря так, чтобы токи в этих обмотках были противоположно направлены.

Способы возбуждения машин постоянного тока (МПТ)

Для работы машины постоянного тока и в режиме генератора, и в режиме двигателя необходимо магнитное поле, которое создаётся постоянным током обмоток возбуждения или постоянными магнитами. В зависимости от числа и способа присоединения обмоток возбуждения к источнику постоянного тока различают МПТ независимого, параллельного, последовательного и смешанного возбуждения (рис. 4.6).

Обмотки возбуждения располагаются на главных полюсах и включаются согласно, создавая однонаправленный магнитный поток. В микромашинах постоянного тока магнитное поле создаётся обычно постоянными магнитами.

Система возбуждения магнитного поля МПТ определяет её свойства как в генераторном, так и в двигательном режимах. Эти свойства отображаются соответствующими характеристиками, устанавливающими графические зависимости между различными параметрами машины.

Рис. 4.6.  Схемы возбуждения машин постоянного тока: а) – независимое; б) – параллельное; в) – смешанное;  г) – последовательное;  д) – от постоянного магнита.