При работе машины в режиме генератора физическая нейтраль смещается по направлению вращения якоря, а при работе двигателем - против вращения якоря.

Искажение результирующего поля машины неблагоприятно отражается на ее рабочих свойствах. Во-первых, сдвиг физической нейтрали относительно геометрической приводит к более тяжелым условиям работы щеточного контакта и может послужить причиной усиления искрения на коллекторе. Во-вторых, искажение результирующего поля машины влечет за собой перераспределение магнитной индукции в воздушном зазоре машины. На рис. 26.4, в показан график распределения результирующего поля в зазоре, полученный совмещением кривых, изображенных на рис. 26.4, а, б. Из этого графика следует, что магнитная индукция в зазоре машины распределяется несимметрично относительно оси полюсов, резко увеличиваясь под подмагниченными краями полюсов. Это приводит к тому, что мгновенные значения ЭДС секций обмотки якоря в моменты попадания их пазовых сторон в зоны максимальных значений магнитной индукции (под подмагниченные края полюсных наконечников) резко повышаются. В результате возрастает напряжение между смежными коллекторными пластинами U_K. При значительных нагрузках машины напряжение U_K может превзойти допустимые пределы и миканитовая прокладка между смежными пластинами будет перекрыта электрической дугой. Имеющиеся на коллекторе частицы графита будут способствовать развитию электрической дуги, что приведет к возникновению мощной электрической дуги, перекрывающей весь коллектор или значительную его часть, - явления чрезвычайно опасного.

Рис. 26.5. Разложение МДС обмотки якоря на продольную и поперечную составляющие

Таковы последствия влияния реакции якоря на машину с ненасыщенной магнитной системой. Если же магнитная система машины насыщена, что имеет место у большинства электрических машин, то подмагничивание одного края полюсного наконечника и находящегося под ним зубцового слоя якоря происходит в меньшей степени, чем размагничивание другого края и находящегося под ним зубцового слоя якоря. Это благоприятно сказывается на распределении магнитной индукции в зазоре, которое становится более равномерным, так как максимальное значение индукции под подмагничиваемым краем полюсного наконечника уменьшается на величину, определяемую высотой участка 1 на рис. 26.4, в. Однако результирующий магнитный поток машины при этом уменьшается. Таким образом, реакция якоря в машине с насыщенной магнитной системой размагничивает машину (так же как и у синхронной машины при активной нагрузке). В результате ухудшаются рабочие свойства машины: у генераторов снижается ЭДС, у двигателей уменьшается вращающий момент.

Влияние реакции якоря на работу машины усиливается при смещении щеток с геометрической нейтрали. Объясняется это тем, что вместе со щетками смещается и вектор МДС якоря (рис. 26.5, а). При этом МДС якоря Fa помимо поперечной составляющей Faq = Fa· cosβ приобретает и продольную составляющую Fad = Fa· sinβ, направленную по оси полюсов. Если машина работает в генераторном режиме, то при смещении щеток в направлении вращения якоря продольная составляющая МДС якоря действует встречно МДС обмотки возбуждения F_В0, что ослабляет основной магнитный поток машины; при смещении щеток против вращения якоря продольная составляющая МДС якоря Fad действует согласованно с МДС F_В0, что вызывает некоторое подмагничивание машины и может явиться причиной искрения на коллекторе.

Если машина работает в двигательном режиме, то при смещении щеток по направлению вращения якоря продольная составляющая МДС якоря Fad подмагничивает машину, а при смещении щеток против вращения якоря продольная составляющая Fad размагничивает машину. При дальнейшем рассмотрении вопросов, связанных с действием продольной составляющей МДС якоря, будем иметь в виду лишь ее размагничивающее действие, так как подмагничивающее действие Fad в машинах постоянного тока общего назначения недопустимо из-за нарушения работы щеточного контакта.

Следует обратить внимание на то, что смещение щеток с геометрической нейтрали влияет и на поперечную составляющую МДС якоря - величину, зависящую от угла β, с ростом которого она уменьшается (Faq = Fa· cosβ). Таким образом, в коллекторных машинах возможны два случая: 1) щетки установлены на геометрической нейтрали и реакция якоря является только поперечной; 2) щетки смещены с геометрической нейтрали и реакция якоря имеет две составляющие - поперечную и продольную (размагничивающую). Принципиально также возможен случай, когда реакция якоря по поперечной оси отсутствует. Это имеет место, когда щетки расположены по оси, перпендикулярной геометрической нейтрали, т. е. когда β = 90° (рис. 26.5, б). Однако такой случай не имеет практического применения, так как машина становится неработоспособной: в генераторном режиме ЭДС машины равна нулю, так как в параллельную ветвь обмотки входит равное число секций со встречным направлением ЭДС, а в двигательном режиме электромагнитные силы активных сторон обмотки якоря, действующие слева и справа от оси щеток, равны и противоположно направлены, а поэтому вращающего момента не создают.