Ankerreaktion in Gleichstrommaschinen
Der magnetische Fluss in einer Gleichstrommaschine wird durch alle stromdurchflossenen Wicklungen erzeugt. Im Leerlaufbetrieb fließt kein Strom durch die Ankerwicklung des Generators, jedoch fließt ein Leerlaufstrom von geringem Wert durch die Ankerwicklung des Motors. Daher gibt es in der Maschine nur den Hauptmagnetfluss Ф0, der von der Erregerspule der Pole erzeugt wird und symmetrisch um ihre Mittellinie verläuft (Abb. 1, a).
In Abb. 1, und (der Kollektor ist nicht dargestellt) die Bürsten befinden sich neben den Drähten der Ankerwicklung, von denen aus Abgriffe auf diese erfolgen Kollektorplattenmit dem die Bürsten aktuell verbunden sind. Diese Position der Bürsten wird als Position der geometrischen Neutralität bezeichnet, d. h. die Linie, die durch die Mitte des Ankers und der Wicklungsdrähte verläuft, wo die durch den Hauptmagnetfluss induzierte EMK entsteht. usw. s. ist Null. Die geometrische Neutralität steht senkrecht zur Mittellinie der Pole.
Wenn eine Last Rn an die Ankerwicklung des Generators angeschlossen ist oder wenn das Bremsmoment auf die Motorwelle wirkt, fließt der Ankerstrom 1R durch die Wicklung, wodurch ein magnetischer Ankerfluss Fya entsteht (Abb.1, b). Der Magnetfluss des Ankers ist entlang der Linie gerichtet, auf der sich die Bürsten befinden. Befinden sich die Bürsten auf dem geometrischen Neutralleiter, so ist der Ankerfluss senkrecht zum Hauptmagnetfluss gerichtet und wird daher transversaler Magnetfluss genannt.
Reis. 1. Magnetische Flüsse in einer Gleichstrommaschine: a – magnetischer Fluss von Polen; b – magnetischer Fluss der Ankerwicklung; c – der resultierende magnetische Fluss
Der Einfluss des Ankermagnetflusses auf den Hauptmagnetfluss wird Ankerreaktion genannt. Im Gleichstromgenerator werden unter der „laufenden“ Kante des Pols die magnetischen Flüsse addiert, unter der „laufenden“ Kante werden sie subtrahiert. Beim Motor verhält es sich umgekehrt. Unter einer Polkante nimmt also der resultierende magnetische Fluss F gegenüber dem Hauptmagnetfluss zu, unter der anderen Polkante nimmt er ab. Dadurch wird es asymmetrisch in Bezug auf die Mittellinie der Pole (Abb. 1, c).
Physikalischer Neutralleiter – eine Linie, die durch die Mitte des Ankers und die Drähte der Ankerwicklung verläuft und in der durch den resultierenden magnetischen Fluss z. usw. s. gleich Null, dreht sich um einen Winkel a relativ zur geometrischen Neutralität (in Richtung der Voreilung bei Generatoren, in Richtung der Nacheilung bei Motoren). Im Leerlauf fällt die physische Neutralität mit der geometrischen Neutralität zusammen.
Durch die Ankerreaktion wird die magnetische Induktion im Maschinenspalt noch ungleichmäßiger. In den Drähten des Ankers, die sich an den Punkten erhöhter magnetischer Induktion befinden, wird ein großer D. mit induziert, der zu einer Erhöhung der Potentialdifferenz zwischen benachbarten Kollektorplatten und zum Auftreten von Funken auf dem Kollektor führt. Manchmal überlappt der Lichtbogen den gesamten Kollektor und erzeugt so ein „Kreisfeuer“.
Darüber hinaus führt die Ankerreaktion zu einer Verringerung von e. usw. v. Anker, wenn die Maschine in einer Zone nahe der Sättigung betrieben wird. Dies ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass, wenn der Hauptmagnetfluss Ф0 einen gesättigten Zustand des Magnetkreises erzeugt, die Zunahme des Magnetflusses um + ΔФ unter einer Kante des Pols geringer ist als die Abnahme um –ΔФ unter der anderen ( Abb. 2). Dies führt zu einer Verringerung des gesamten Polflusses und z. usw. v. Anker seitdem
Der negative Einfluss der Ankerreaktion lässt sich reduzieren, indem man die Bürsten in physikalische Neutralität bringt. Dabei wird der Ankerfluss um einen Winkel α gedreht und der Gegenstrom unter der abfallenden Flanke des Generatorpols nimmt ab. Bürsten werden im Generator in Drehrichtung des Ankers und im Motor entgegen der Drehrichtung des Ankers bewegt. Der Winkel α ändert sich mit einer Änderung des Ankerstroms Iia. In der Praxis werden Bürsten meist in einem moderaten Winkel angebracht.
Reis. 2. Einfluss des Magnetisierungsgrads auf den resultierenden magnetischen Fluss (Iw • ww – ppm von der Erregerwicklung; Iya • wя – ppm von der Ankerwicklung).
Bei Maschinen mittlerer und hoher Leistung wird eine Ausgleichswicklung verwendet, die sich in den Nuten der Hauptpole befindet und in Reihe mit der Ankerwicklung geschaltet ist, so dass ihr magnetischer Fluss Fk dem magnetischen Fluss Fya entgegengesetzt ist. Ist gleichzeitig Fk = Fya, so wird der magnetische Fluss im Luftspalt durch die Ankerreaktion praktisch nicht verzerrt.