Реакция якоря

Реакция якоря, действие магнитного поля, создаваемого током при прохождении по обмотке якоря, на основное поле электрич. машин. Различают электрические машины с малой и большой Р. я. К первым видам машин относятся нормальные машины постоянного тока, синхронные машины и одноякорные преобразователи; характерной особенностью этих машин является то, что ам-первитки якоря составляют лишь небольшую часть от ампервитков основного возбуждения (около 20—30%). В машинах с сильной реакцией якоря, например в асинхронных машинах, ампервитки якоря почти равны ампер-виткам основного поля. Для исследования влияния поля якоря на основное магнитное поле машины обычно разлагают это поле на две составляющие—поперечное и продольное поля якоря. Поперечное поле якоря действует пространственно нормально (поперек) к направлению оси основного поля; ось продольного поля якоря совпадает с осью основного магнитного поля, причем направления этих полей могут быть одинаковыми или разными. Продольное_поле якоря, действующее в одном направлении с основным, называется намагничивающим, а продольное поле якоря, направленное против основного, — размагничивающим. Обычно поле якоря вызывает искажение и изменение основного поля, что приводит к изменению магнитного потока, наводящего

Т. 9. m. XIX.

эдс в обмотке якоря при вращении машины; вследствие этого напряжение на зажимах машины, если она работает в качестве генератора, не остается постоянным при различных нагрузках. Для уменьшения влияния Р. я. приходится применять специальные компенсирующие устройства. В некоторых же случаях, например в электрич. машинах для сварки, железнодорожного освещения, Р. я. используется для поддержания постоянства силы тока и напряжения.

На фигуре 1 и 2 схематически изображено устройство магнитной системы машины постоянного тока. Легко увидеть, что ось поля якоря всегда бывает направлена по оси щеток. Если машина работает в качестве генератора (фигура 1) и якорь вращается по часовой стрелке, то при положении щеток в геометрической нейтрали создается поперечное поле якоря, и тогда физическая нейтраль результирующего потока смещается по

смещается против направления вращения. Обычно поперечное поле вызывает искажение основного, что приводит также к уменьшению результирующего потока, если машина работает в полунасыщенном состоянии. Если щетки сдвинуты из геометрической нейтральной зоны (фигураЗ), то ампервитки якоря создают поперечное и продольное поля; при этом ампервитки поперечного поля пропорциональны углу π-2α, а ампервитки продольного поля—углу 2я (а—угол поворота щеток). Т. о. при а=90° поперечное поле якоря становится равным пулю, а продольное достигает максимума. Легко установить (фигура 3), что при повороте щеток по направлению вращения якоря продольное поле якоря размагничивает, если машина работает в качестве генератора, и усиливает основное поле, в случае работы машины двигателем. При повороте щеток против направления вращения картина

-Фа

Фигура 2.

получается обратная. В нормальных машинах постоянного тока соотношение ампервитков возбуждения и ам-первитков якоря делается равным ~ 4-f-5. О подсчете ампервитков якоря см. Динамомашина.

В синхронных машинах ампервитки якоря создают поле, которое также взаимодействует с основным. Здесь характер Р. я. зависит от степени равномерности нагрузки фазовых цепей якоря, сдвига фаз, устройства магнитной системы. В случае однофазной синхронной машины поле якоря получается пульсирующее; это поле молено разложить на два равных поля (амплитуда каждого из них равна половине амплитуды поля якоря), вращающихся относительно яхеоря в взаимно противоположных направлениях с угловой частотой со=-^π- (р—число пар полюсов и f—частота тока в пер/ск.). Тогда одно поле вращается синхронно с основным полем (относительная скорость этих полей равна нулю), и они взаимодействуют друг с другом. Другое поле, т. н. инверсное, вращает ся относительно основного поля с двойной угловой скоростью. Это поле наводит в обмотке возбуждения токи двойной частоты, и в ней вследствие наложения на постоянны;! ток переменного получается пульсирующий ток. Кроме того инверсное поле якоря создает добавочные потери на гистерезис, токи Фуко и вызывает пульсацию результирую-

фазных синхронных машинах при несимметричной нагрузке последних. Для ослабления инверсных полей магнитная система синхронных машин снабжается специальной коротко-замкнутой обмоткой в виде сплошного или неполного беличьего колеса, подполюсных колец; иногда ограничиваются применением лишь одних массивных полюсных наконечников и сердечников магнитной системы.

Угол сдвига фаз ψ между напряжением, наводимым основным магнитным потоком, и силой тока якоря оказывает существенное влияние на пространственное и фазовое соотношение полей. Если у=0, то поле якоря пространственно действует поперек основного, а по фазе отстает от основного потока

_2!—к>--

ψ*° ф_т

на 90° (в случае работы синхронной машины генератором) и опережает основной поток на 90° при работе машины двигателем. Поперечная Р. я. вызывает, как и в машинах постоянного тока, искажение основного магнитного потока и смещение физической магнитной нейтральной зоны. При сдвиге фаз в 90° между вектором напряжения, наводимого основным потоком, и силой тока создается продольное поле; в этом случае фазы основного потока и потока якоря м. б. одинаковыми или иметь разность в 180°; пространственно потоки совпадают, лишь оси полей м. б. направлены в одну сторону или взаимно противоположные. Если ток якоря опережает напряжение от основного потока на 90°, то при работе синхронной машины в качестве генератора продольное

Ф_а при Ф=-%

<Р_а при

поле якоря усиливает основное, при двигательном же режиме синхронной машины опережающий ток вызывает размагничивающее действие поля якоря. При углах сдвига фаз о < ψ < 90° получаются поперечное и продольное поля якоря, причем поперечное поле якоря создается ампервитками от активной составляющей тока, а продольное поле от реактивной составляющей тока. Пространственное и фазовое соотношения основного потока и потока якоря посредством векторов представлены на фигуре 4 и δ (4—генератор, 5—двигатель))·

О подсчете ампервитков якоря синхронной машины см. Генератор переменного тока.

Р. я,—один из основных факторов, характеризующих магнитные и электрические свойства синхронных машин. Она оказывает сильное влияние на изменение напряжения, на установившийся ток короткого замыкания, устойчивость параллельной работы синхронных машин, на пределы регулировки реактивных токов. Обычно Р. я. синхронных машин характеризуется отношением установившегося тока короткого замыка ния при возбуждении холостого хода к номинальному току. Приводим средние данные этого отношения для американских и европейских синхронных машин:

Тип машин америк. европ.

Турбогенератор.0,9±10% 0,68±34%

Гидрогенератор.1,о±25% 0,92±23%

Поле якоря в трехфазных сипхронных машинах при симметричной нагрузке имеет несинусоидальную форму, амплитуда поля якоря пульсирует. Все это вызывает наведение высших гармонических токов и образование добавочных потерь. Для уменьшения добавочных потерь от Р. я. применяют сокращение шага обмоток. В одноякорных преобразователях Р. я. сказывается значительно слабее, чем при работе этой машины только в качестве генератора постоянного или переменного тока. Т.к. одноякорный преобразователь представляет комбинацию синхронной машины и машины постоянного тока, то в случае преобразования переменного тока в постоянный Р. я. будет зависеть от сдвига фаз между током и напряжением, а также и числа фаз. На фигуре 6 приведены кривые мдс якоря одноякорного преобразователя. Кривые магнитодвижущих сил обмотки якоря (фигура 6), создаваемых переменным и постоянным токами, отличаются между собой, и в зависимости от сдвига фаз они могут иметь различные положения относительно друг друга. Поэтому результирующие ампервитки Р.я.имеют сложную кривую (фигура 7, А—мдс постоянного тока, В—мдс переменного тока), наибольшая амплитуда результирующей мдс получается значительно меньше составляю-

поршет бенно большое распространение имеют реверсивные механизмы, или кулисы, в паровозах и в паровых машинах, обслуживающих шахтные подъемники и прокатные станы. Основная идея реверсивного механизма состоит в том, чтобы парораспределительный орган (золотник, клапан или кран) получил такое движение, при к-ром свежий пар входил бы в машину только лишь при условии, что коренной вал машины вращается в желаемом направлении. На фигуре 1 дана схема простого золотника, приводимого в движение золотниковой тягой ΑχΒ. Если кривошип А_гО вращается по часовой стрелке, то золотник открывает доступ naf>y, и поршень из мертвого положения получает движение слева направо. Если остановить машину и переложить головку шатуна с цапфы А_г на цапфу А₂ второго кривошипа ОА₂, расположенного под тем же углом к вертикальной линии, под которым был расположен кривошип ОА_г, то при открытом впускном вентиле свежий пар получает возможность, пройдя через паровое окно С, давить на поршень и перемещать его также слева направо; но теперь вращение коренного вала будет про

Фигура 7.

щей постоянного тока и колеблется при вращепии якоря в пределах 9,Зч-21,3 % от мдс от действия только постоянного тока. Вследствие пульсации поля якоря и сложной формы его наводятся высшие гармонии. токи и создаются добавочные потери. Для уничтожения вредного влияния пульсации поля якоря могут служить демпферные обмотки.

В асинхронных машинах цепь вторичного якоря коротко замкнута, ампервитки якоря почти равны ампервиткам первичной цепи возбуждения. Более подробно см. Индукционные машины, Коллекторные машины.

Лит.: Арнольд Э. иЛ а-К у р И. И., Элек-трич. машины постоянного тока, пер. с нем., т. 1 и 2, М.—Л., 1931; Толвинский В., Электрические машины постоянного тока, Л., 1929; R 1 с h t е г R., Elektrische Maschinen, В. 1, В., 1924; Arno Id E., Die Wechselstromtechnik, В. 4, В., 1913. В. Кулебанин.