Напряжение между коллекторными пластинами
Реакция якоря в определенных условиях может вызвать нежелательные по своим последствиям явления.
К числу таких явлений относится прежде всего увеличение напряжения между коллекторными пластинами вследствие искажения поля под воздействием поперечной реакции якоря.
При холостом ходе максимальное напряжение между соседними пластинами в случае, например, применения простой петлевой обмотки
uк = 2 × Bδ × wс × lδ × vа .
где wс – число витков секции, Bδ – магнитная индукция в воздушном зазоре, lδ – расчетная длина якоря, vа – окружная скорость вращения якоря.
При нагрузке максимальная индукция под одним из краев полюса (смотрите рисунок 1, в, в статье "Влияние реакции якоря на магнитный поток машины") достигает некоторого значения Bδ макс и
uк.макс = 2 × Bδ макс × wс × lδ × vа .
Следовательно,
| uк.макс / uк = Bδ макс / Bδ . | (1) |
Среднее напряжение между соседними коллекторными пластинами
uк.ср = 2 × Bδ ср × wс × lδ × vа = 2αδ × Bδ × wс × lδ × vа ,
где αδ – коэффициент полюсной дуги,
и поэтому
 | (2) |
При расчете машин постоянного тока число коллекторных пластин K выбирается таким образом, чтобы среднее напряжение между соседними коллекторными пластинами
 | (3) |
не превышало 18 – 22 В.
Согласно выражениям (2) и (3),
 | (4) |
Предельное значение uк.макс ограничивается возможностью возникновения электрической дуги между смежными пластинами. Поэтому обычно требуется, чтобы uк.макс ≤ 30 – 50 В.
Недопустимое повышение uк.макс может произойти либо вследствие увеличения Bδ макс под воздействием реакции якоря (например, значительная перегрузка машины), либо вследствие уменьшения Bδ (двигатели с регулированием скорости в широких пределах).
Искажение кривой поля тем значительнее, чем меньше воздушный зазор. Зазор в машинах средней и большой мощности выбирают обычно таким, чтобы при номинальном режиме индукция под краем полюса (x = bδ / 2) не меняла своего направления ("опрокидывание" поля). Согласно выражению (6), в статье "Влияние реакции якоря на магнитный поток машины", для этого необходимо, чтобы сумма намагничивающих сил зазора и зубцов
При диаметре якоря Dа = 10 – 50 см обычно δ ≈ 0,009 × Dа. Здесь Aа – линейная нагрузка якоря, bδ – расчетная полюсная дуга.
Компенсационная обмотка
Эффективным средством борьбы с искажением кривой поля и увеличением напряжения между коллекторными пластинами является применение компенсационной обмотки.
 |
| Рисунок 1. Расположение компенсационной обмотки (а) и диаграммы намагничивающей силы якоря (Fа), компенсационной обмотки (Fк.о) и результирующей намагничивающей силы (Fа + Fк.о) при равенстве (б) и неравенстве (в) линейных нагрузок якоря и компенсационной обмотки |
Она размещается в пазах, выштампованных в полюсных наконечниках (рисунок 1, а), так, чтобы направления токов в этой обмотке и обмотке якоря в пределах каждого полюсного деления были противоположны. Если линейные нагрузки обеих обмоток равны (Aа = Aк.о), то влияние поперечной реакции якоря в пределах полюсного наконечника устраняется полностью (рисунок 1, б). Последовательное соединение этих обмоток обеспечивает такую компенсацию при всех нагрузках. Однако соблюдение условия Aа = Aк.о в точности не всегда возможно. В таких случаях в пределах полюсного наконечника сохраняется некоторое влияние поперечной реакции якоря и максимальное значение намагничивающей силы реакции якоря в нейтральной зоне
также увеличивается (рисунок 1, в). Здесь τ – полюсное деление.
При наличии компенсационной обмотки воздушный зазор можно брать минимально допустимым по механическим условиям.
Компенсационная обмотка обычно применяется в мощных и быстроходных машинах, когда Uн > 400 – 500 В, Pн/2 > 80 – 100 кВт, машина подвергается перегрузкам более 20 % и коммутация затруднена (реактивная электродвижущая сила er > 5 – 7 В).
Источник: Вольдек А. И., "Электрические машины. Учебник для технических учебных заведений" – 3-е издание, переработанное – Ленинград: Энергия, 1978 – 832с.