Reactia indusului

REACTIA INDUSULUI

Atunci cand o masina de curent continuu functioneaza in sarcina, exista doua surse ale campului magnetic, curentul care parcurge infasurarea de excitatie - sursa a campului inductor si curentul prin infasurarea indusului, care creeaza ceea ce se numeste campul de reactie al indusului. In general, prin fenomenul de reactie al indusului se intelege influenta acestui camp de reactie asupra campului magnetic rezultant si a comportamentului general al masinii.

1. Reactia transversala a indusului

Structura campului magnetic de reactie a indusului intr-o masina cu 2p = 2 poli atunci cand periile sunt plasate in axa neutra a polilor inductori este reprezentata in figura 2.18.

Fig. 2.18 Fig. 2.19

Considerand o repartizare uniforma a infasurarii indusului la periferia rotorului, solenatia corespunzatoare variaza liniar in lungul periferiei. Campul magnetic determinat de aceasta solenatie variaza in lungul periferiei proportional cu solenatia si invers proportional cu valoarea locala a lungimii liniei de camp prin aer, fig. 2.19; aceasta ultima dependenta face ca in zona interpolara campul de reactie sa fie mai slab. Valorile maxime corespund muchiilor polilor inductori. Nefiind nul in axa neutra a polilor inductori, cum este cazul campului inductor, campul de reactie va induce in sectiile avand laturile in aceasta axa si care sunt scurtcircuitate de perii tensiuni electromotoare. Curentii corespunzatori, indusi de campul de reactie, afecteaza functionarea corecta a masinii.

Campul magnetic rezultant se obtine prin compunerea campului inductor si a campului de reactie a indusului; in ipoteza ca circuitul magnetic al masinii este liniar, campul rezultant se obtine prin sumarea celor doua componente, fig. 2.20. Curba campului magnetic rezultant evidentiaza faptul ca axa neutra, in care campul magnetic

Fig. 2.20

rezultant este nul, este decalata in raport cu axa neutra a polilor inductori. Sensul campului magnetic de reactie depinde de sensul solenatiei care il creeaza, fiind diferit in cele doua regimuri, de motor, respectiv de generator. Prin urmare, variatia longitudinala a campului rezultant va fi diferita in cele doua regimuri si, de asemenea, sensul decalarii axei neutre a campului rezultant va fi diferit.

In ipoteza ca circuitul magnetic este liniar, cum fluxul magnetic al campului de reactie pe un pas polar este nul, rezulta ca reactia indusului nu modifica valoarea fluxului pe pol, fluxul corespunzator campului rezultant F fiind egal cu fluxul F al campului inductor. Considerente economice impun insa in realitate o stare de saturare moderata a circuitului magnetic in regimul nominal de lucru. Saturarea pieselor polare si dintilor in zona unde campurile inductor si de reactie sunt aditionale face ca valoarea maxima a inductiei rezultante B_d in intrefier sa fie mai redusa decat valoarea ce ar rezulta prin sumarea celor doua componente; linia punctata din figura 2.20 corespunde campului rezultant in conditiile considerarii nelinearitatii miezului magnetic. In aceste conditii, fluxul rezultant si valoarea tensiunii electromotoare induse la mersul in sarcina pentru aceeasi turatie si acelasi curent de excitatie scade ca urmare a fenomenului de reactie a indusului.

2. Reactia longitudinala a indusului. Efectul decalarii periilor din

axa neutra

In cazul ca periile nu sunt plasate in axa neutra a polilor inductori, alaturi de campul de reactie transversala, descris in paragraful anterior, care se inchide transversal prin indus si polii inductori apare un camp magnetic de reactie, datorat de asemenea solenatiei indusului, care urmeaza traseul campului magnetic inductor, cunoscut sub denumirea de camp de reactie longitudinala a indusului.

In scopul ameliorarii comutatiei, indeosebi la masinile de mica putere, fara poli de comutatie, periile se decaleaza din axa neutra, fig. 2.21, in sensul de rotatie la generator si in sens contrar la motor. Solenatia indusului poate fi descompusa in doua componente:

- transversala,,

si

- longitudinala, ,

unde A este patura de curent a indusului si D diametrul acestuia. Solenatia transversala produce un camp magnetic avand structura din figura 2.18, denumit camp de

Generator Motor reactie transversala a indusului, iar Fig. 2.21 solenatia longitudinala un camp ce urmeaza traseul campului inductor, denumit de reactie longitudinala a indusului.

In cazul decalarii periilor ca in figura 2.21, se observa ca reactia longitudinala a indusului este demagnetizanta, campul de reactie avand sens opus campului magnetic inductor. Decalarea periilor in sens contrar va conduce la o reactie longitudinala magnetizanta.

3. Efectele reactiei indusului asupra functionarii masinii de

curent continuu

Fie regimul de generator al unei masini de curent continuu functionand cu turatia n constanta si flux magnetic inductor constant, F , I_e = ct. Ca urmare a reactiei transversale a indusului, atunci cand periile sunt in axa neutra a polilor inductori, se constata urmatoarele:

a) campul magnetic rezultant nu este nul in axa neutra, ceea ce conduce la o tensiune electromotoare nenula in sectia temporar scurtcircuitata de perii; punctul in care campul rezultant este nul este decalat in sensul de rotatie in raport cu axa neutra, iar decalarea in acest sens a periilor este o solutie de ameliorare a comutatiei, respectiv de reducere a tensiunii electromotoare induse in sectia in comutatie;

b) fluxul magnetic rezultant pe un pas polar este mai mic decat fluxul magnetic inductor, ceea ce face ca tensiunea electromotoare indusa la functionarea in sarcina sa scada fata de functionarea in gol, acest efect fiind datorat saturatiei magnetice.

Atunci cand pentru ameliorarea comutatiei periile sunt decalate din axa neutra in sensul dorit, adica in sensul de rotatie, urmare a reactiei longitudinale se constata urmatoarele:

c) fluxul magnetic rezultant pe un pas polar este mai mic decat fluxul magnetic inductor, ca urmare a caracterului demagnetizant al acestei reactii;

d) campul magnetic rezultant nu este uniform in lungul intrefierului, ceea ce face ca potentialul electric pe colector sa aiba o variatie neliniaras ca urmare, tensiunea dintre doua lamele vecine este mai mare in cazul sectiilor aflate in camp magnetic mai intens;

e) deoarece pierderile magnetice specifice in rotor sunt proportionale cu patratul inductiei magnetice, chiar in cazul liniaritatii magnetice a miezului, pierderile magnetice in rotor vor fi majorate in raport cu functionarea in gol, adica in absenta reactiei indusului.

Efectele reactiei indusului pot fi compensate prin urmatoarele solutii:

1 - infasurari de compensare a campului de reactie transversala. In crestaturi prevazute in piesele polare se plaseaza o infasurare de tip repartizat, fig. 2.22, care se inseriaza cu infasurarea indusului, de asa maniera incat campul magnetic transversal sa devina practic nul;

Fig. 2.22 Fig. 2.23

2 - poli auxiliari plasati in axele neutre, ale caror bobine sunt parcurse de asemenea de curentul din indus, conectate astfel incat campul acestora sa anihileze campul de reactie transversala in aceste zone;

3 - marirea reluctantei magnetice a traseului campului magnetic de reactie transversala prin cresterea intrefierului, respectiv prin crestarea longitudinala a polilor inductori.

Compensarea efectului demagnetizant al reactie indusului, fie datorita saturarii, fie datorita reactiei longitudinale, se realizeaza prin sporirea solenatiei de excitatie. Evaluarea solenatiei de excitatie suplimentara, q_es capabila sa asigure la un curent indus I_A, respectiv la o patura de curent a indusului , aceeasi valoare F a fluxului inductor ca si la functionarea in gol, face apel la caracteristica magnetica a masinii, fig. 2.23. Punctul de functionare in gol B, impreuna cu solenatia A, determina ariile inegale BCD si BEF. Solenatia suplimentara q_es se determina grafic din conditia ca ariile BC₁D₁ si BE₁F₁ sa fie egale.