Что такое нейтраль в двигателе постоянного тока

Как отличить асинхронный двигатель от двигателя постоянного тока

Асинхронные двигатели — это двигатели, в процессе работы которых под нагрузкой наблюдается явление скольжения, то есть «отставание» вращения ротора от вращения магнитного поля статора. Другими словами, вращение ротора происходит не синхронно с вращением намагниченности статора, а асинхронно по отношению к этому движению. Вот почему такого рода двигатели называются асинхронными (не синхронными) двигателями.

В большинстве случаев, произнося словосочетание «асинхронный двигатель», имеют ввиду именно бесколлекторный двигатель переменного тока. Величина скольжения асинхронного двигателя может быть разной в зависимости от нагрузки, а также от параметров питания и способа управления токами обмотки статора.

Если мы имеем дело с обычным двигателем переменного тока, наподобие АИР712А, то при синхронной частоте вращения магнитного поля в 3000 оборотов в минуту, в условиях номинальной механической нагрузки на валу в 750 ватт, мы будем иметь реальную частоту вращения 2840 оборотов в минуту, а значит величина скольжения составит 0,053.

Это нормальное явление для асинхронного двигателя. И на справочной табличке мы не увидим круглых цифр оборотов, вроде 3000 или 1500, вместо них там будет указано 2730 или 1325. Вместо 1000 может быть написано например 860, несмотря на то, что магнитное поле во время работы двигателя вращается с частотой 1000 оборотов в минуту, как и должно быть в электрической машине с 3 парами магнитных полюсов, предназначенной для питания переменным током частотой 50 Гц.

Что касается двигателей постоянного тока, то в большинстве случаев так называют коллекторные двигатели, на скорость вращения ротора у которых влияет не частота тока, а его средняя величина. Датчик скорости может помочь электронной системе управления установить правильную величину тока для получения заданной скорости вращения, однако связь тока и оборотов здесь будет отнюдь не линейной, так как при разной нагрузке токи разной величины дадут очень разные частоты вращения ротора.

На роторе двигателя постоянного тока может располагаться многосекционная обмотка возбуждения или постоянные магниты. Но сегодня ротор с магнитами характерен скорее для шаговых двигателей, которые тоже относятся к двигателям постоянного тока, однако коллекторно-щеточных узлов не имеют. Как вариант разновидности конструкции мотора постоянного тока — магниты на статоре, а обмотка — на роторе.

Так или иначе, асинхронный бесколлекторный двигатель имеет мощную рабочую обмотку на статоре, которая в процессе работы разогревается от прохождения по ней рабочего тока, и передает тепло на корпус двигателя. Поэтому и обмотку и корпус двигателя необходимо все время активно охлаждать.

В связи с этой особенностью, большинство асинхронных двигателей по умолчанию имеют на своих валах крыльчатки вентиляторов, а на корпусах — выступы, вдоль которых вентилятор, как через радиатор, гонит свежий воздух, охлаждая таким образом статор. Поэтому, если перед вами двигатель, на валу которого установлен вентилятор (обычно под крышкой, закрепленной на корпусе двигателя), вдоль корпуса имеются ребра (как на радиаторе), а на шильдике указана конкретная величина оборотов в минуту и величины переменного напряжения 220/380 — пред вами типичный асинхронный двигатель переменного тока.

В двигателях постоянного тока, с коллекторно-щеточными узлами и с многосекционными многовитковыми обмотками на якарях, выведенными на ламели коллектора, в качестве рабочих обмоток выступают — и обмотка статора, и обмотка ротора (якоря).

Здесь фактически получается, что рабочая обмотка как-бы разделена на две части: рабочий ток идет и через якорную обмотку, и через статорную обмотку, поэтому проблема нагрева только статора отсутствует, и вентилятор здесь не нужен.

Для охлаждения достаточно вентиляционных отверстий, через которые можно разглядеть ротор с якорной обмоткой на нем. Поэтому, если перед вами двигатель с коллекторно-щеточным узлом, где коллектор имеет множество ламелей (блестящих пластинок) с выводами от обмоток, и вентилятора словно бы и не предусмотрено — перед вами двигатель постоянного тока.

Статор двигателя постоянного тока может представлять собой набор постоянных магнитов. Большинство двигателей постоянного тока, рассчитанных на сетевое напряжение, будут легко работать и от переменного тока (пример такого универсального мотора — мотор болгарки).

Что такое нейтраль в двигателе постоянного тока

1) активная нагрузка — это резисторы. Примером могут служить утюги, лампы накаливания, электрочайники;
2)индуктивная нагрузка — содержащая катушки. Это, например, электродвигатели;
3)реактивная нагрузка — включающая конденсаторы;
4) комплексная нагрузка — включающая в себя содержание всех выше рассмотренных в любых сочетаниях. Это телевизоры, компьютеры, сберегающие лампы. Все, что угодно.
Рассмотрим простейший случай, например, утюг.

Любое активное сопротивление не вносит изменений в форму тока, а значит, изменяется он в такт, если можно так сказать, напряжению. Единственно что надо учесть — это тот факт, что величина тока будет меньше величины напряжения в R раз согласно закона Ома,где R — сопротивление утюга. Примем его сопротивление, к примеру 50Ом. Изменение тока будет выглядеть согласно рис.2а. Несложно зрительно заметить, что ток и напряжение будут иметь нулевые, максимальные, средние значения в одно и тоже время (для этого увеличьте нажатием рис.1 и рис.2а и сравните красные графики для напряжения на рис.1 и для тока на рис.2а), т.е. все меняется синхронно.
А теперь рассмотрим вопрос о смещении нейтрали . Возьмем любую многоэтажку и ее лестничную клетку, содержащую три квартиры. Вполне логично предположить, что каждую квартиру запитают от отдельной фазы. Обозначив нагрузку каждой из квартир как R1, R2, R3 представим упрощенную монтажную и электрическую схемы питания. Это показано в верхней части рис.3.
ВАЖНО! В нейтральном проводе 4-х проводной осветительной магистрали запрещена установка предохранителей или выключателей, т.к. при отключении нейтрального провода фазные напряжения могут стать неровными. В результате в одних фазах(или одной фазе)может наблюдаться недокал, а в других фазах(или одной фазе) — перекал и быстрое перегорание ламп(или бытовой техники) . Это и будет явлением смещения нейтрали . Рассмотрим это явление. Посмотрим на верхнюю часть рис.3. При нормальной работе каждая квартира получает питание от фазы и нуля, а токи со всех трех фаз складываются (по правилу сложения векторов) в общей точке и текут далее по нулевому проводнику. Если мысленно порвать нулевой провод (отсоединить провод N в верхней части рис.3), то квартиры не обесточатся — схема окажется включенной звездой, как двигатель. Однако, у двигателя все три обмотки имеют равные параметры, поэтому в общей точке — нулевой потенциал, как мы рассматривали на рис.1. Но с квартирами такой номер не пройдет. В одной горят лампы и включен холодильник, в другой — домашний кинотеатр и пылесос с заряжающимся телефоном, в третьей, к примеру, — фен и СВЧ-печь. То есть нагрузки-то везде разные. И в общей точке возникнет некоторый потенциал. Его величина определяется специальной формулой, приведенной ниже, где U с индексами — фазные напряжения источника питания(генератора), а Y с индексами — проводимости нагрузок фаз(понятие проводимости в разделе «Про сопротивление». Пример такого рассчета можно найти в разделе . Правда, для этого необходимо быть знакомым с комплексными числами. А здесь мы «на пальцах», т.е. графически, покажем, что произойдет. Посмотрим на рис.4. Для удобства обозначим фазы как А, В и С — по старинке.

Линейные напряжения (т.е. напряжения между каждыми из двух фаз попарно) АВ, ВС и АС образуют равносторонний треугольник, где каждая сторона равна 380В. Фазные напряжения (т.е. напряжения между нулем N и любой из трех фаз А,В и С) равны по 220В. При смещении нейтрали точка N может переместиться в любое место треугольника (это как если зацепиться за нее и переместить в произвольное место). Фактически это место зависит, как мы оговаривали, от того, какие потребители, где и в каком количестве включены. Может возникнуть такая ситуация, когда при смещении нейтрали одно из фазных напряжений будет сильно завышено — тогда могут сгореть некоторые включеные приборы. Соответственно, общая нагрузка изменится и это приведет к смещению нейтрали в другую точку и возрастания фазного напряжения в другой квартире. При выходе из строя некоторых потребителей там — снова произойдет ее перерасчет и перемещение. И так до тех пор, пока вся оставшаяся нагрузка не сможет держать то напряжение, которое в итоге всего этого на нее будет подано.

в схеме треугольник:
1)линейные токи генератора I A , I B , I C не равны фазным токам нагрузки I AB , I BC , I AC . А вот линейные напряжения генератора будут равны фазным напряжениям нагрузки. И для генератора и для нагрузки это будут напряжения U AB , U BC , U AC .

Построение векторной диаграммы

Этот пункт данной главы предназначен тем, кто уже ознакомился с разделом «Решение задач», а точнее с задачей №8. Здесь для особо любопытных покажем, как по графику складывать токи(действительные значения)в фазах и считать суммарный ток в нейтральном проводе(его действительную величину). А также расскажем о построении векторной диаграммы токов и напряжений, как это было обещано в задаче №8.
Глядя на рис.6, можно ток в нейтрали и сразу найти, так так он показан коричневой линией. Например, для t = 0,01с он равен 1,47А, а при t = 0,016с составит 5,2А. Однако, надо уметь проверять и вручную.
Поэтому возьмем для примера два разных промежутка времени t = 0,01с и t = 0,016с и найдем для каждого из них значение тока в нейтральном проводе. Имеем при t = 0,01с следующие токи в фазах(см. на график): I A = 1.96A; I B = 0.49A; I C = -0.98A. Складываем токи всех фаз и получаем ток в нейтрали: I N = 1.96+0.48-0.98=1.47A.
Для t = 0,016с имеем: I A = -2,45A; I B = 5,2A; I C = 2,45A. Складываем токи всех фаз и получаем ток в нейтрали: I N = -2,45+5,2+2,45=5,2A.
Теперь о векторной диаграмме. Берем произвольную точку N. Рисуем вертикальную ось действительных значений и горизонтальную ось мнимых значений, обозначенную как j. Откладываем по вертикальной оси в выбранном масштабе значение фазного напряжения фазы А. Если масштаб 1Вольт/мм, значит длиною 127мм. Далее с разносом в 120градусов в обе стороны откладываем два других фазных напряжения той же длины. Соединяем все вершины и получаем треугольник, идентичный на рис.4. Его стороны будут являться междуфазными, т.е. линейными напряжениями. Токи в каждой из фаз также строятся с учетом масштаба. Угол между напряжением и током откладывается согласно полученного значения. Например, мы получили

Откладываем по транспортиру угол величиною в -53градуса вправо от отрезка U фА . А величина I фА при масштабе 1А/см будет 2,5см. Для фазы В мы получили

Здесь, чтобы правильно отложить угол между напряжением и током, надо учесть, что напряжение U фВ уже имеет угол -120градусов. Поэтому откладываем от отрезка U фВ недостающие 53градуса(173-120)вправо и обозначаем на диаграмме как угол фВ. Для фазы С мы получили

Здесь, чтобы правильно отложить угол между напряжением и током, надо учесть, что напряжение U фС уже имеет угол 120градусов. Поэтому откладываем от отрезка U фС недостающие 36градусов(156-120)влево и обозначаем на диаграмме как угол фС. В заключение необходимо правильно построить ток нейтрали. Для этого необходимо сложить все токи по правилу сложения векторов. Для этого переносим параллельно вправо длину отрезка, изображающего ток I фВ (он красный) и «присоединяем» его к концу отрезка, изображающего ток I фА . Затем также переносим вниз отрезок тока I фС (тоже сделаем его красным)и «присоединяем» его к концу красного отрезка, изображающего ток I фВ . Соединяем точку N и конец последнего отрезка. Полученный синий отрезок будет током нейтрали, а его длина будет равна действительному значению тока нейтрали с учетом выбранного масштаба. Все, как говорится, просто и элементарно.

способ определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали

Использование: изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Сущность изобретения: вращают двигатель на холостом ходу в противоположных направлениях, измеряют электромеханическую постоянную времени двигателя в обоих случаях, сравнивают результаты измерения и по разности измеряемых параметров, не превышающей 5% предельно допустимой нормы, судят о правильности установки щеток на нейтрали. 2 ил.

Формула изобретения

Способ определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, заключающийся во вращении двигателя на холостом ходу в противоположных направлениях, в измерении контролируемого параметра и в суждении о точности установки щеток на нейтрали по разности контролируемого параметра при вращении двигателя в противоположных направлениях, отличающийся тем, что в качестве контролируемого параметра выбирают электромеханическую постоянную времени двигателя, измерение параметров осуществляют в режиме пуска, а о точности установки щеток на нейтрали судят по разности величин электромеханических постоянных времени реверсируемого двигателя, не превышающей 5% предельно допустимой нормы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет контролировать установку щеток двигателя постоянного тока на нейтрали.

Важнейшим фактором, влияющим на режим работы двигателя постоянного тока, является точная установка щеток на нейтрали. Щетки размещаются в щеткодержателях, которые укрепляются на торцовых частях составов двигателей. Например, такое закрепление щеткодержателей на остове выполняется у тяговых двигателей электроподвижного состава, имеющих малое число полюсов (не более четырех). При большем числе полюсов щеткодержатели размещают на поворотной траверсе, выполненной в виде зубчатого венца и позволяющей перемещать их с помощью легкодоступного регулируемого узла, состоящего из съемного маховичка и зубчатого колеса. К точности ее установки предъявляют повышенные требования. Известно, что смещение щеток с нейтрали значительно ухудшает условия работы тяговых двигателей, что проявляется в нарушении нормальной коммутации, расхождении скоростных характеристик и повышенном износе щеток и коллектора.

Правильную установку щеток оценивают различными способами, в которых предусматриваются контроль и измерение таких параметров как ЭДС, ток, частота вращения якоря двигателя.

Известен способ установки щеток двигателя постоянного тока, в котором двигатель устанавливают на стенде с подключением к нему нагрузки и вращением его в произвольном направлении [1] На двигатель подают напряжение и ток номинального режима, которые поддерживают неизменными при различных смещениях траверсы. При каждом смещении измеряют частоту вращения якоря. Контроль установки щеток на нейтрали определяют по сравнению полученной частоты с ее номинальным значением согласно паспорта двигателя. Правильная установка щеток на нейтрали соответствует равенству частоты вращения якоря ее номинальной величине. Достоинствами данного способа являются возможность правильной установки щеток на нейтрали и оценка коммутационных свойств двигателя. Недостатками способа являются необходимость стабилизации подаваемого напряжения на двигатель при колебаниях напряжения в сети и достаточно большая продолжительность опыта из-за необходимости измерения контролируемого параметра только в установившемся стационарном процессе работы двигателя, который последует после режима пуска. При несоблюдении этих условий погрешность измерения контролируемого параметра может составить 7 8% Кроме этого, данный способ требует специального дополнительного оборудования на стенде и значительных затрат электрической энергии для осуществления режима нагрузки, которые усложняют и удорожают его проведение.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ, в котором двигатель устанавливают на стенде и осуществляют холостой режим работы с вращением его в одну и другую стороны (реверсирование) [2] На двигатель подают напряжение и измеряют частоту вращения якоря в обеих направлениях при различных смещениях траверсы. Контроль установки щеток двигателя на нейтрали определяют по сравнению частоты вращения якоря в обоих направлениях при одинаковом напряжении и одинаковом токе возбуждения двигателя. Правильная установка щеток на нейтрали соответствует равенству величин частоты вращения в ту или другую стороны. Такой способ не требует специального дополнительного оборудования на стенде и большого расхода электрической энергии для своего осуществления, что упрощает и удешевляет его. Однако этот способ имеет существенные недостатки. Прежде всего это необходимость стабилизации подаваемого на двигатель напряжения при колебаниях в сети. Кроме этого, измерение частоты вращения необходимо выполнять только в установившемся стационарном процессе работы двигателя, т.е. только после завершения режима пуска, когда ток двигателя достигнет своего определенного установившегося значения, а это потребует затрат времени на измерение контролируемого параметра. Частота вращения зависит от напряжения и тока двигателя, которые являются активными и меняющимися в определенных случаях от внешних условий параметрами цепи двигателя в процессе его работы

где U g напряжение питания двигателя;
I g ток двигателя;
Sr д сумма активных сопротивлений обмоток двигателя;
C конструктивная постоянная двигателя;
магнитный поток двигателя.

Нарушение этих условий приводит к увеличению погрешности измерения контролируемого параметра, которая может составить 9 10%
В основу изобретения положена задача создания упрощенного и более достоверного способа контроля установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, в котором повышение точности измерения обеспечивается за счет измерения пассивного параметра, не зависящего от внешних условий.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, заключающимся во вращении двигателя на холостом ходу в противоположных направлениях, в измерении контролируемого параметра и в суждении о точности установки щеток на нейтрали по разности контролируемого параметра при вращении двигателя в противоположных направлениях, в качестве контролируемого параметра выбирают электромеханическую постоянную времени двигателя, измеренную в режиме пуска. По величине разности измеренных параметров судят о точности установки щеток на нейтрали.

Благодаря измерению электромеханической постоянной двигателя достигается точность контроля установки щеток на нейтрали. Это обусловлено тем, что электромеханическая постоянная времени двигателя является пассивным параметром и практически не зависит от внешних условий.

Электромеханическая постоянная времени Т эм зависит от конструктивных и пассивных параметров цепи двигателя

где I момент инерции двигателя;
r а активное сопротивление якоря двигателя;
C конструктивная постоянная двигателя;
магнитный поток возбуждения двигателя.

За время действия на двигателе переходного процесса магнитный поток возбуждения F можно считать постоянным, так как его изменение во времени происходит значительно медленнее, чем изменение тока и напряжения двигателя, вызвавшее переходной процесс. Таким образом, контролируемый параметр — электромеханическая постоянная времени двигателя -является независимым от напряжения и тока параметром, а следовательно, и определение установки щеток на нейтрали является более достоверным и точным. Погрешность составляет 2 — 3%
На фиг. 1 показана схема устройства для реализации способа определения установки щеток двигателя постоянного тока на нейтрали, на фиг.2 представлены графики работы элементов устройства.

Устройство для реализации способа содержит два датчика тока двигателя 1, каждый из которых через блок изменения 2 [3] соединен с элементом сравнения 3, имеющим табло индикации, на котором регистрируется результат сравнения (разность) электромеханических постоянных времени двигателя при вращении его в противоположные стороны. В свою очередь каждый блок измерения 2 содержит интегрирующую 4 и дифференцирующую 5 цепи, индикатор экстремума напряжения 6, электронный ключ 7, триггер 8, генератор импульсов 9, логическую схему И 10 и счетную схему 11.

Способ осуществляется следующим образом.

На невращающемся двигателе устанавливают в определенном положении траверсу с щетками. В исходящем состоянии при t 1 генератор импульсов 9 вырабатывает периодическую последовательность импульсов U 9 c периодом следования t u . Триггер 8 находится в нулевом состоянии U 8 (t 1 ) 0 и логическая схема И 10 закрыта U 10 (t 1 ) 0. В момент времени t 1 запускается двигатель на холостом ходу и с датчика 1, включенного в якорную цепь двигателя, в блок измерения 2 подается входной сигнал U 1 , пропорциональный току двигателя в режиме пуска. Выходной сигнал дифференцирующей цепи U 5 (t 1M ) переводит триггер 8 в единичное состояние U 8 (t 1 ), логическая схема И 10 открывается и начинает пропускать импульсы с генератора 9 на счетную схему 11 U 10 (t 1 ).

В интервале времени t 1 t 2 мгновенное значение выходного сигнала U 4 интегрирующей цепи 4 нарастает и подается на вход индикатора экстремума напряжения 6. Его выходной сигнал U 6 остается равным нулю до тех пор, пока сигнал U 4 еще не достиг экстремального значения. При этом счетная схема 11 продолжает считать импульсы U 10 (t 1 — t 2 ). В момент времени t 2 мгновенное значение выходного сигнала U 4 интегрирующей цепи 4 принимает экстремальное значение и на выходе индикатора 6 появляется сигнал U 6 (t 2 ), в результате которого срабатывает электронный ключ 7. Сигнал с его выхода U 7 (t 2 ) подается на второй вход триггера 8 и переводит его в нулевое состояние. Логическая схема И 10 закрывается и схема 11 прекращает счет импульсов U 10 (t > t 2 ). На табло индикации элемента сравнения 3 высвечивается число импульсов m, cосчитанное за время достижения выходным сигналом U 4 интегрирующей цепи 4 экстремального значения t э t 1 t 2 mt u .

Далее реверсируют двигатель и вновь его запускают на холостом ходу в момент времени t 1 . С второго датчика 1, также включенного в якорную цепь двигателя, во второй блок измерения 2 подается входной сигнал . Работа элементов второго блока измерения происходит аналогично работе первого, описанного выше. Если щетки неточно установлены на нейтрали, то кривая сигнала будет спадать иначе и экстремум напряжения сигнала индикатор 6 зафиксирует, например, при t 3 >t 2 (фиг.2), в результате чего счетная схема 11 второго блока измерения будет больше работать по времени и на табло индикации элемента сравнения 3 высвечивается сигнал разности U 3 = числа импульсов m, полученных при вращении в ту и другую стороны . По величине разности судят о точности установки щеток на нейтрали.

При достаточно точной установке щеток не нейтрали сигналы U 1 и датчиков тока двигателя при вращении его в ту и другую стороны будут достаточно близко совпадать, так как электромеханическая постоянная времени зависит только от конструктивных и пассивных параметров цепи двигателя и не зависит от величины напряжения и тока двигателя:

где I момент инерции двигателя;
r a активное сопротивление якоря двигателя;
c конструктивная постоянная двигателя;
магнитный поток возбуждения двигателя.

При вращении двигателя на холостом ходу в ту и другую стороны параметры I, r a , С неизменны и на величину Т эм может повлиять только величина F которая будет несколько отличаться друг от друга при реверсировании, если щетки будут установлены неточно. Отличие получается в результате появления продольной составляющей намагничивающей силы якоря, возникающей в результате смещения щетки с нейтрали, которая усиливает или ослабляет магнитный поток возбуждения в зависимости от направления смещения щеток относительно нейтрали. При точной установке щеток на нейтрали продольная составляющая намагничивающей силы якоря исчезает. Следовательно, магнитные потоки возбуждения реверсируемого двигателя будут равны, а электромеханические постоянные времени одинаковы. Погрешность изменения Т эм при этом способе будет весьма небольшой и составит не более 2 3%
Для оценки качества системы измерения в переходном процессе, каким является пусковой режим двигателя, применяется такой показатель качества, как точность измерения, характеризуемая динамической и статической ошибками. Предельно допустимой нормой такой точности является 5%

Реакция якоря машины постоянного тока

При работе машины в режиме холостого хода ток в обмотке якоря практически отсутствует, поэтому в машине действует лишь МДС обмотки возбуждения F_в0. Магнитное поле машины в этом случае симметрично относительно оси полюсов (рис. 14, а). График распределения магнитной индукции в воздушном зазоре представляет собой кривую, близкую к трапеции.

Если же машину нагрузить, то в обмотке якоря появится ток, который создаст в магнитной системе машины МДС якоря F_a. Допустим, что МДС возбуждения равна нулю и в машине действует лишь МДС якоря. Тогда магнитное поле, созданное этой МДС, будет иметь вид, представленный на рис. 14, б. Из рисунка видно, что МДС обмотки якоря направлена по линии щеток (в данном случае по геометрической нейтрали). Несмотря на то что якорь вращается, пространственное положение МДС обмотки якоря остается неизменным, так как направление этой МДС определяется положением щеток.

Наибольшее значение МДС якоря — на линии щеток (рис. 14, б, график 1), а по оси полюсов эта МДС равна нулю. Однако распределение магнитной индукции в зазоре от потока якоря совпадает с графиком МДС лишь в пределах полюсных наконечников. В межполюсном пространстве магнитная индукция резко ослабляется (рис. 14, б, график 2). Объясняется это увеличением магнитного сопротивления потоку якоря в межполюсном пространстве. МДС обмотки якоря на пару полюсов пропорциональна числу проводников в обмотке N и току якоря I_а:

Таким образом, в нагруженной машине постоянного тока действуют две МДС: возбуждения F_b0 и якоря F_a.

Влияние МДС обмотки якоря на магнитное поле машины называют реакцией якоря. Реакция якоря искажает магнитное поле машины, делает его несимметричным относительно оси полюсов.

Рис. 14. Магнитное поле машины и распределение магнитной индукции в воздушном зазоре окружности по наружному диаметру якоря D_a:

На рис. 14, в показано распределение магнитных силовых линий результирующего поля машины, работающей в генераторном режиме при вращении якоря по часовой стрелке. Такое же распределение магнитных линий соответствует работе машины в режиме двигателя, но при вращении якоря против часовой стрелки.

Если принять, что магнитная система машины не насыщена, то реакция якоря будет лишь искажать результирующий магнитный поток, не изменяя его: край полюса и находящийся под ним зубцовый слой якоря, где МДС якоря совпадает по направлению с МДС возбуждения, подмагничиваются; другой край полюса и зубцовый слой якоря, где МДС направлена против МДС возбуждения, размагничиваются. При этом результирующий магнитный поток как бы поворачивается относительно оси главных полюсов на некоторый угол, а физическая нейтраль mm 1 (линия, проходящая через точки на якоре, в которых индукция равна нулю) смещается относительно геометрической нейтрали пп’ на угол α. Чем больше нагрузка машины, тем сильнее искажение результирующего поля, а следовательно, тем больше угол смещения физической нейтрали. При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, а при работе двигателем — против вращения якоря.

Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физической нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послужить причиной усиления искрения на коллекторе. Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 19, в показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 14, а, б. Из этого графика следует, что магнитная индукция в зазоре машины распределяется несимметрично относительно оси полюсов, резко увеличиваясь под подмагниченными краями полюсов. Это приводит к тому, что мгновенные значения ЭДС секций обмотки якоря в моменты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значений магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает напряжение между смежными коллекторными пластинами U_K. При значительных нагрузках машины напряжение U_K может превзойти допустимые пределы и миканитовая прокладка между смежными пластинами будет перекрыта электрической дугой. Имеющиеся на коллекторе частицы графита будут способствовать развитию электрической дуги, что приведет к возникновению мощной электрической дуги, перекрывающей весь коллектор или значительную его часть, — явления, чрезвычайно опасного.

Влияние реакции якоря на работу машины усиливается при смещении щеток с геометрической нейтрали. Если машина работает в генераторном режиме, то при смещении щеток в направлении вращения якоря продольная составляющая МДС якоря действует встречно МДС обмотки возбуждения F_в0, что ослабляет основной магнитный поток машины.Если машина работает в двигательном режиме, то при смещении щеток по направлению вращения. якоря продольная составляющая МДС якоря F_ad подмагничивает машину, а при смещении щеток против вращения якоря продольная составляющая F_ad размагничивает машину. |