Рассматривая различные типы обмоток якоря, мы установили, что ЭДС между разнополярными щетками (ЭДС обмотки якоря) определяется суммой ЭДС всех секций, образующих одну параллельную ветвь. Получим выражение для ЭДС обмотки якоря Е, полагая, что щетки установлены на линии геометрической нейтрали и машина работает на холостом ходу. В режиме холостого хода ток якоря равен нулю (
), поэтому магнитное поле в воздушном зазоре создается только обмоткой возбуждения (рис. 6.7). В машинах постоянного тока нет необходимости в получении синусоидального распределения радиальной составляющей индукции 
, напротив, кривую распределения 
стремятся сделать близкой к трапецеидальной форме, так как при этом уменьшаются пульсации суммарной ЭДС якорной обмотки.
Примем за начало отсчета положение левой щетки (рис. 6.7), тогда ЭДС 
в проводнике, расположенном на расстоянии x от начала координат, определится выражением
|
.
Если обмотка состоит из N проводников и образует 2 а параллельных ветвей, то каждая ветвь обмотки состоит из 
последовательно соединенных проводников. Тогда ЭДС якоря
.
При достаточно большом числе проводников сумму мгновенных значений индукции можно выразить через среднюю индукцию под полюсом:
,
где 
.
В этом случае выражение для ЭДС Е упрощается,
.
Учитывая, что
,
получим
, (6.1)
где 
- коэффициент, зависящий от конструктивных параметров.
Таким образом, ЭДС якоря пропорциональна произведению частоты вращения якоря на магнитный поток, сцепленный с секциями, образующими параллельную ветвь.
Поля якоря и индуктора, действующие совместно, образуют результирующее поле, характер которого на основании рис. 1, а и б показан на рис. 2. Полярность полюсов и направлений токов якоря на этом рисунке соответствуют случаю, когда в режиме генератора (Г) якорь вращается по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки.
Из рис. 2 видно, что под влиянием поля якоря результирующее поле машины изменяется. Это явление называется реакцией якоря.
Поперечная реакция якоря. При установке щеток на геометрической нейтрали 1 - 1 (рис. 1, б) поле якоря направлено поперек оси полюсов, и в этом случае оно называется полем поперечной реакции якоря. 
Рис. 1. Магнитное поле индуктора (а) и якоря (б)
Как следует из рис. 2, поперечная реакция якоря вызывает ослабление поля под одним краем полюса и его усиление под другим, вследствие чего ось результирующего поля поворачивается в генераторе по направлению вращения якоря, а в двигателе - в обратную сторону. Если условно, как это иногда делается, рассматривать линии магнитной индукции в качестве упругих нитей, то возникновение электромагнитного момента можно рассматривать как результат действия упругих сил этих нитей, стремящихся сократиться и повернуть якорь. Из рис. 2 видно, что при такой трактовке явлений направления действия моментов совпадают с реальными как в режиме генератора, так и в режиме двигателя.
Под воздействием поперечной реакции якоря нейтральная линия на поверхности якоря, на которой Bδ = 0, поворачивается из положения геометрической нейтрали 1 - 1 на некоторый угол β в положение 2 - 2 (рис. 2), которое называется линией физической нейтрали. В генераторе физическая нейтраль повернута в сторону вращения якоря, а в двигателе - в обратную сторону.
Из рис. 1, б следует, что при вращении якоря в проводниках, показанных в левой части рис. 1, б, поле поперечной реакции якоря индуктирует э. д. с. одного направления, а в правой - другого. В результате этого при установке щеток на геометрической нейтрали суммарная э. д. с. от поля реакции якоря в каждой параллельной ветви обмотки и на щетках равна нулю. 
| Рис. 2. Результирующее магнитное поле при установке щеток на геометрической нейтрали | Рис. 3. Поле продольной реакции якоря |
Продольная реакция якоря. Если щетки сдвинуты с геометрической нейтрали на 90° эл. (рис. 3), то поле якоря вдоль оси полюсов и называется полем продольной реакции якоря. Это поле в зависимости от направления тока в якоре оказывает на поле полюсов намагничивающее или размагничивающее действие, и в результате его взаимодействия с полем полюсов электромагнитный момент не возникает. Индуктируемая при вращении якоря э. д. с. на щетках будет в этом случае также равна нулю.
Общий случай реакции якоря. Обычно щетки устанавливаются на геометрической нейтрали. Однако в результате неточной установки щеток, а также сознательных действий персонала щетки могут быть сдвинуты с геометрической нейтрали на некоторый угол α (рис. 4, а), причем 0 < α < 90° эл. В таком общем случае поверхность якоря на протяжении двойного полюсного деления можно разбить на две пары симметричных секторов: 1) аб и вг, 2) аг и бв. Токи первой пары секторов (рис. 4, б) создают поле поперечной реакции якоря, а токи второй пары (рис. 4, в) - поле продольной реакции якоря.
Указанные на рис. 4, а полярности полюсов и направления токов якоря соответствуют вращению якоря в режиме генератора (Г) по часовой стрелке, а в режиме двигателя (Д) - против часовой стрелки. 
Рис. 4. Разложение н. с. реакции якоря при сдвиге щеток с нейтрали (а) на поперечную (б) и продольную (в)
Как следует из рис. 4, при повороте щеток генератора в направлении вращения и щеток двигателя против направления вращения возникает размагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая уменьшение потока полюсов. При сдвиге щеток в обратном направлении возникает намагничивающая продольная реакция якоря, вызывающая увеличение потока полюсов.
21.Генераторы постоянного тока. Классификация, характеристики. Паспортные данные.
Свойства генераторов постоянного тока зависят от числа и способа подключения обмоток возбуждения или, как говорят, от способа возбуждения генераторов. В зависимости от способа возбуждения различают:
1) генераторы независимого возбуждения;
2) генераторы параллельного возбуждения (ранее шунтовые);
3) генераторы смешанного возбуждения (ранее компаундные).
Главный магнитный поток генератора независимого возбуждения (рис. 9.12) возбуждается расположенной на главных полюсах обмоткой независимого возбуждения H 1 — H 2. Последняя получает питание от постороннего источника электрической энергии постоянного тока небольшой мощности. Номинальное напряжение обмотки возбуждения выбирают либо равным, либо иногда меньшим номинального напряжения якоря Я 1 — Я 2 генератора.
Цепь обмотки возбуждения Ш 1 — Ш 2 генератора параллельного возбуждения (см. рис. 9.16) включают параллельно якорю Я 1 — Я 2, от которого она и получаст питание. Обмотку возбуждения рассчитывают в этом случае на то же напряжение, что и якорь генератора.
Магнитный поток Ф генератора смешанного возбуждения (см. рис. 9.19) возбуждается расположенными на главных полюсах двумя обмотками: обмоткой параллельного возбуждения Ш 1 — Ш 2 и обмоткой последовательного возбуждения С 1 — С 2. Последнюю включают либо так, как показано на рис. 9.19, в цепь приемника r п, либо последовательно с якорем. В большинстве случаев обмотки параллельного и последовательного возбуждения включают согласно, т. е. таким образом, чтобы их МДС совпадали по направлению.
Обмотки независимого и параллельного возбуждения существенно отличаются от обмотки последовательного возбуждения в конструктивном отношении. Обмотки независимого и параллельного возбуждения изготовляются из провода относительно малого диаметра, имеют сравнительно большие числа витков и сопротивления. В отличие от этого обмотка последовательного возбуждения изготовляется из провода относительно большого диаметра, имеет небольшое число витков и сопротивление. Например, у машин мощностью от 5 до 100 кВт на напряжение 220 В обмотки параллельного возбуждения имеют соответственно сопротивления порядка 300 — 50 Ом, тогда как обмотки последовательного возбуждения — порядка 0,01 — 0,001 Ом. Площадь поперечного сечения провода для изготовления последовательной обмотки выбирают такого диаметра, чтобы обмотка не перегревалась под действием тока приемника.
В цепи обмоток возбуждения (см. рис. 9.12, 9.16 и 9.19) имеется реостат r р, служащий для изменения тока возбуждения I в, что необходимо в конечном итоге для регулирования напряжения U на выводах генератора и приемника. Сопротивление нагрузки r п следует рассматривать как некоторое эквивалентное сопротивление, заменяющее группу приемников, получающих питание от генератора.
В некоторых установках находят применение трехобмоточные генераторы, имеющие обмотки независимого, параллельного и последовательного возбуждения. Они имеют особые свойства и характеристики.
Основными паспортными данными генераторов постоянного тока являются: мощность, номинальный ток, номинальное напряжение, частота вращения. Все номинальные данные генераторов заносятся в паспорт устройства. Современная промышленность производит генераторы постоянного тока мощностью до 10 МВт.