место при нагрузке машины, то будет создано магнитное поле якоря (рис. 5.86). Это поле замыкается поперек оси полюсов и называется поперечным полем реакции якоря.

Намагничивающая сила якоря под одним краем полюса (под набегающим для генератора и под сбегающим для двигателя) направлена встречно НС полюсов, а под другим краем полюса (под сбегающим для генератора и под набегающИхМ для двигателя) -

Рис. 5.8. Магнитное поле машины постоянного тока:

а) от тока возбуждения;

б) от тока в якоре; в) результирующее поле при

нагрузке

согласно с НС полюсов. Следовательно, под одним краем полюса уменьшается, а под другим увеличивается магнитная индукция.

Таким образом, для нагруженной машины результирующее магнитное поле будет несимметрично относительно оси полюсов (рис. 5.8б), т. е. поперечное поле реакции якоря перераспределяет магнитное поле полюсов, ослабляя его под одним краем и усиливая под другим краем полюса. Поле реакции якоря также смещает физическую нейтраль, т. е. линию, проходящую через центр якоря и перпендикулярную оси результирующего магнитного поля.

За счет насыщения стали увеличение магнитного потока под одним краем полюса будет меньшим, чем уменьшение магнитного потока под другим. Поэтому результирующий магнитный поток при нагрузке окажется меньше магнитного потока полюсов, т. е. магнитного потока при холостом ходе.

Изменение магнитного потока машины приводит в генераторах к изменению как ЭДС так и напряжения на зажимах машины.

Кроме того, реакция якоря увеличивает напряжение между смежными коллекторными пластинами, что ухудшает коммутацию тока.

Если, например, в генераторе при неизменном токе возбуждения увеличится нагрузка (увеличится ток в якоре), то за счет размагничивающего действия поля реакции якоря магнитный поток машины уменьшается, т. е. уменьшается как ЭДС, так и напряжение на зажимах генератора.

Поэтому, если необходимо постоянство ЭДС или напряжения на зажимах генератора, при увеличении нагрузки машины увеличивают и ток возбуждения с тем, чтобы рост магнитного потока полюсов компенсировал размагничивающее действие реакции якоря. ,

5.5. КОММУТАЦИЯ ТОКА

Коммутацией тока называется процесс изменения направления тока в секциях обмотки якоря при переключении их из одной параллельной ветви в другую.

При вращении якоря машины коллекторные пластины поочередно соприкасаются со щетками, так что в определенные промежутки времени секции или несколько секций оказываются замкнутыми относительно небольшим сопротивлением переходных контактов между щеткой и коллектором. На рис. 5.9 показана секция

Рис. 5.9. Коммутируемая секция прн коммутации: а) в начале; б) в процессе; в) по окончании процесса (/ - направление вращения якоря)

Простой параллельной обмотки. В секции создается ток одной параллельной ветви fa=/a/2a, где 2а - число параллельных ветвей обмотки.

В момент, соответствующий началу коммутации, щетка соприкасается с коллекторной пластиной /, соединенной с двумя проводами обмотки, ток в каждом из которых равен току одной парал-

лельной ветви (рис. 5.9а) - ia. Таким образом, в коллекторной пластине и щетке будет ток, равный сумме токов двух параллельных ветвей, т. е. 2ia. В этот момент в выделенной нами секции ток направлен против часовой стрелки и равен fa-

В дальнейшем при вращении якоря щетка будет соприкасаться с коллекторными пластинами 1 и 2, замыкая выделенную нами секцию (рис. 5.96). В определенный момент щетка полностью перейдет на коллекторную пластину 2 и ток в секции изменит направление на обратное (рис. 5.9в), т. е. секция окажется переключенной из одной параллельной ветви в другую. Время переключения коммутируемой секции из одной параллельной ветви в другую, или время перехода щетки с одной коллекторной пластины на другую, называется периодом коммутации.

Период коммутации Гк сравнительно мал, он определяет время, в течение которого секция замкнута щеткой накоротко. За время Тк ток в секции обмотки якоря i изменияется на 2ia (от +ia до -ia). При этом в короткозамкнутой секции создаются следующие ЭДС.

1. Электродвижущая сила самоиндукции, вызванная изменением тока = - L-, где L - индуктивность секции.

2. Практически ширина щетки больше ширины коллекторной пластины в несколько раз и щетка замыкает несколько секций, в которых процесс коммутации протекает одновременно с некоторым сдвигом во времени. Кроме этого, процесс коммутации протекает одновременно под всеми щетками, помещенными на кол лекторе. Поэтому помимо ЭДС самоиндукции в короткозамкнутой или коммутируемой секции создается ЭДС взаимоиндукции

=-S М-,где М - взаимная индуктивность одновременно

коммутируемых секций; /к - токи в этих секциях.

3. Активные стороны коммутируемых секций находятся в зоне внешнего магнитного поля и в них индуцируется ЭДС еу = 2 BJX X Vwk, где Вк - среднее значение магнитной индукции в зоне коммутации; / - длина активных проводов; V - скорость перемещения активных проводников в магнитном поле; - число витков секций обмотки якоря.

ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции согласно закону Ленца стремятся поддержать прохождение тока i в коммутируемой секции в направлении, которое имел ток до момента коммутации, т. е. задержать его изменение.

Если щетки касаются коллекторных пластин, соединенных с секциями, активные стороны которых расположены в данный момент на геометрической нейтрали (щетки установлены на геометрической нейтрали), то, при отсутствии дополнительных полюсов, ЭДС вращения создается магнитным полем обмотки якоря и совпадает по направлению с ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции.

В этом случае полная ЭДС коммутируемой секции, равная сумме ЭДС самоиндукции, взаимоиндукции и вращения, вызывает