Эдс, индуцируемая в обмотке якоря

Приведенные ранее формулировки закона электро­магнитной индукции неудобны для практики, так как выражают ЭДС через переменные физические вели­чины, которые сравнительно трудно рассчитать и изме­рить (скорость изменения магнитного потока, скорость пересечения силовых линий, магнитная индукция). Поэтому, применяя логические рассуждения и извест­ные зависимости, ЭДС генератора выражают через магнитный поток возбуждения и частоту вращения машины.

Как указывалось, магнитная индукция распреде­лена по окружности якоря неравномерно (трапецеи­дальный закон распределения), что вызывает пульса­ции ЭДС в каждой секции. Однако при суммировании ЭДС большого числа секций обмотки якоря пульсации сглаживаются и на зажимах машины ЭДС имеет постоянное усредненное значение. Поэтому реальное магнитное поле машины можно заменить равномер­ным с одинаковым средним значением магнитной индукции по всей боковой поверхности якоря.

Среднее значение магнитной индукции равно отно­шению магнитного потока полюса к площади, которую он пронизывает:

L

где τ—полюсное деление; L—длина якоря, равная активной длине секции обмотки.

Введя обозначение τ = πD/(2p), где D — диаметр якоря, получим

L

Среднее значение ЭДС, индуцируемой в одном активном проводнике обмотки, определим по формуле закона электромагнитной индукции: Е₁=В_срLυ. Следо­вательно,

E₁=2pФυ/πD

Линейная скорость движения проводников обмотки якоря в (м/с) υ = πDn/60 где D — диаметр якоря, м; n — частота вращения якоря, об/мин.

Следовательно,

E₁=2рФ n/60

ЭДС генератора равна сумме ЭДС последова­тельно соединенных проводников, число которых равно числу всех проводников обмотки N, деленному число параллельных ветвей 2а:

E=

Величину — называют постоянной генера­тора. Таким образом, Е = с_ЕФn, т. е. ЭДС генератора постоянного тока прямо пропорциональна частоте вращения якоря, магнитному потоку возбуждения и зависит от конструктивных особенностей машины, характеризуемых постоянной с_Е.

РЕАКЦИЯ ЯКОРЯ

В режиме холостого хода магнитное поле машины создается только обмоткой возбуждения (рис. 9.10, а). При подключении нагрузки через обмотку якоря про­ходит ток, который создает свое магнитное поле (рис. 9.10, б).

На рисунках кружками показаны сечения провод­ников обмотки возбуждения и обмотки якоря. Ток в проводнике, текущий за плоскость рисунка, помечен кружком с крестиком, а ток, направленный «к нам»,— кружком с точкой. Направления магнитных силовых линий определены по правилу буравчика.

Реально существующее в нагруженной машине  магнитное поле следует рассматривать как результат наложения магнитных полей обмотки возбуждения и обмотки якоря (рис. 9.10, в).

 

Рис. 9.10. Реакция якоря в генераторе постоянного тока

Таким образом, магнитное поле машины, в котором движутся проводники обмотки якоря, создается не только обмоткой возбуждения, но и обмоткой якоря. При этом поле возбуждения стабильно, а поле якоря изменяется при изменении нагрузки машины.

Влияние магнитного поля якоря на поле возбужде­ния машины называют реакцией якоря.

Вследствие реакции якоря (рис. 9.10, в) симметрия магнитного поля машины нарушается. Происходит усиление магнитного потока под сбегающим краем полюса генератора и ослабление — под набегающим краем (якорь генератора вращается по часовой стрел­ке; следовательно, левый край северного полюса и правый край южного полюса «набегают» на якорь).

Вследствие насыщения участков магнитной цепи усиление магнитного потока под одним краем полюса оказывается относительно меньшим, чем ослабление магнитного потока под другим краем. Это приводит к тому, что среднее значение магнитного потока в наг­руженной машине становится меньше, чем в ненагруженной. Соответственно уменьшается и ЭДС, индуци­руемая в обмотке якоря.

Назовем геометрической нейтралью во­ображаемую линию, которая проходит строго посере­дине между полюсами и лежит в плоскости, разделя­ющей магнитную систему машины на две симметричные части. Аналогичную линию, проходящую через диаметрально противоположные точки окружности якоря, в которых магнитная индукция равна нулю, назовем физической нейтралью. Магнитная индукция равна нулю в тех точках, где магнитные силовые линии касаются окружности якоря (не входя в него), а физи­ческая нейтраль перпендикулярна магнитным силовым линиям.

В ненагруженной машине физическая нейтраль совпадает с геометрической.

В нагруженном генераторе (рис. 9.10, в) физи­ческая нейтраль mm' поворачивается относительно геометрической нейтрали nn' на угол α в сторону вращения якоря.

Мысленно представим себе, что на рис. 9.10 изобра­жен не генератор, а двигатель. Тогда при тех же направ­лениях токов в обмотках якоря и возбуждения ротор двигателя начал бы вращаться в другую сторону (против часовой стрелки), в чем нетрудно убедиться, применив правило левой руки. Правый край северного полюса и левый край южного полюса стали бы набе­гающими.

Следовательно, в нагруженном двигателе магнит­ный поток усиливается под набегающим краем полюса и ослабляется под сбегающим краем, а физическая нейтраль поворачивается на угол α против вращения якоря.