Реакция якоря — воздействие намагничивающей силы якоря на магнитное поле машины. Реакция якоря чаще всего признается нежелательным явлением, которое искажает основное магнитное поле и ухудшает условия работы машины.
Поэтому при конструировании машины стремятся уменьшить влияние реакции якоря. При прохождении тока по обмотке возбуждения (Iя = 0) магнитное поле машины является симметричным относительно оси сердечников полюсов и под полюсами почти равномерно.
Геометрической нейтралью n – n? называется линия, которая перпендикулярна оси полюсов и разделяет на дуге якоря северный и южный полюсы. Геометрическая нейтраль является физической нейтралью, т. е. линией, которая проходит через такие точки окружности якоря, где магнитная индукция равна нулю.
В момент прохождения тока по обмотке якоря он становится электромагнитом с направлением оси по оси щеток. Ось поля якоря направлена перпендикулярно относительно оси поля главных полюсов. При таких условиях поле якоря является поперечным.
Если нагрузить машину, реакция якоря воздействует на основное поле и создает результирующее поле. В машине поток смещается в направлении ее вращения в генераторном режиме или против — в двигательном режиме. В этом случае поток распределен несимметрично относительно оси полюсов. Он ослабляется у одного края и усиливается у другого. При этом под влиянием реакции якоря физическая нейтраль m – m? сместится относительно геометрической нейтрали и щетки.
Для того чтобы ослабить реакцию якоря в машинах, увеличивают магнитное сопротивление на пути потока якоря. Это обеспечивается созданием относительно большого воздушного зазора между якорем и полюсными наконечниками, а также выбором сечения зубцов якоря таким образом, чтобы увеличить их индукцию. При дальнейшем увеличении индукции происходит возрастание магнитного сопротивления зубцов, что соответствует увеличению воздушного зазора на пути потока якоря. Но для под- держания необходимого полезного потока в машине нужно соответственно увеличить намагничивающие силы главных полюсов, т. е. увеличить габариты и массу машины.
Еще одним способом уменьшения смещения физической нейтрали из-за реакции якоря является снабжение машины дополни- тельными полюсами, которые необходимы и для улучшения ком- мутации. Их устанавливают на станине машины по линии геометрической нейтрали. Обмотки этих полюсов соединяют через щетки последовательно с обмоткой якоря. При этом направление намагничивающей силы дополнительных полю- сов должно быть противоположно направлению намагничивающих сил реакции якоря, т. е. дополнительные полюсы экранируют поле реакции якоря в небольшой зоне коммутируемых секций. Благодаря этому предупреждается смещение физической нейтрали относительно геометрической.
Так как намагничивающую силу дополнительных полюсов создает ток якоря, компенсация реакции якоря происходит при любых нагрузках машины, при этом важно, чтобы магнитная цепь дополнительных полюсов не была насыщена.
Когда машина работает в режиме генератора, дополнительные полюсы должны иметь полярность тех главных полюсов, на которые набегает якорь, а при работе в режиме двигателя — полярность тех полюсов, из-под которых якорь выбегает.
С помощью дополнительных полюсов не устраняются создаваемые реакцией якоря неравномерное распределение индукции под полюсами и уменьшение полезного потока. В крупных машинах значительное повышение индукции под полюсами приводит к перекрытию изоляционного промежутка между пластинами коллектора и вызывает круговой огонь. Для предупреждения такой аварии нужно полностью компенсировать реакцию якоря.
Для этого применяют компенсационные обмотки К. При вращении якоря его магнитный поток остается неподвижным относительно станины машины. Поэтому можно компенсировать действие намагничивающей силы якоря действием неподвижной обмотки, которую размещают в пазах, выполненных в расширенных полюсных наконечниках главных полюсов. Компенсационную обмотку соединяют последовательно с якорем, и каждый ее стержень образует со стержнем обмотки якоря, который находится под стержнем, бифилярную систему, магнитное поле у которой почти отсутствует.
Компенсационную обмотку дополняют действием дополнительных полюсов, так как вместе они практически полностью компенсируют реакцию якоря. Но наличие компенсационной обмотки удорожает машину и увеличивает потери в ней.