תגובת הארמטורה במנוע DC מתייחסת להשפעת השדה המגנטי (שדה מגנטי ארמטורה) הנוצר על ידי הפעלת סליל הארמטורה על השדה המגנטי הראשי (שדה מגנטי שנוצר על ידי הקוטב המגנטי הראשי) של המנוע במהלך הפעולה.
השפעה זו תשנה את התפלגות, עוצמת וכיוון השדה המגנטי הראשי, ובכך תשפיע על ביצועי המנוע (כגון קומוטציה, מהירות, מומנט פלט וכו').
1. רקע הליבה: שני שדות מגנטיים של מנוע DC
כדי להבין את תגובת הארמטורה, יש צורך תחילה להבהיר את שני השדות המגנטיים הבלתי תלויים הקיימים במהלך פעולת מנוע DC:
שדה מגנטי ראשי (שדה מגנטי קוטב ראשי)
הקוטב המגנטי הראשי על הסטטור של המנוע (בדרך כלל מגנט קבוע או סליל עירור DC) מייצר את "השדה המגנטי הבסיסי" להמרת אנרגיה במנוע.
במצב אידיאלי, השדה המגנטי הראשי מפוזר באופן סימטרי בצורה טרפזית לאורך מרווח האוויר של המנוע (המרווח בין הסטטור לרוטור), כאשר כיוון השדה המגנטי מצביע מקוטב ה-N לקוטב ה-S.
שדה מגנטי של ארמטורה (שדה מגנטי של הרוטור) הארמטורה היא חלק הרוטור של המנוע, עליו מלופף סליל הארמטורה.
כאשר מופעל זרם ישר על סליל הארמטורה (במהלך פעולת המנוע) או כאשר נוצר זרם מושרה על ידי חיתוך השדה המגנטי הראשי עקב סיבוב הרוטור (במהלך פעולת הגנרטור), סליל הארמטורה ייצר שדה מגנטי משלו, כלומר שדה מגנטי של הארמטורה.
ניתן לקבוע את כיוון השדה המגנטי של הארמטורה באמצעות כלל הבורג הימני: כיוון הכיפוף של ארבע האצבעות הוא כיוון הזרם, והאגודל מצביע לכיוון הקוטב N של השדה המגנטי.
מאפייני ההתפלגות שלו הם: ציר השדה המגנטי ניצב לציר השדה המגנטי הראשי (המכונה "שדה מגנטי ציר רוחבי"), והוא מחולק באופן סימטרי לאורך היקף הארמטורה.
2. ההשפעה המרכזית של תגובת הארמטורה: עיוות והיחלשות של השדה המגנטי הראשי
סופרפוזיציה של שדה מגנטי של הארמטורה ושדה מגנטי ראשי בפער האוויר של המנוע גורמת להרס ההתפלגות המקורית של השדה המגנטי הראשי. ניתן לחלק את השפעת הליבה לשתי נקודות:
1. השדה המגנטי הראשי עובר "עיוות" (דיסטורשן)
השדה המגנטי הראשי האידיאלי הוא סימטרי, אך לשדה המגנטי של הארמטורה תהיה אפקט "דחיפה-משיכה" על השדה המגנטי הראשי:
בקצה הקוטב הקדמי של הקוטב המגנטי הראשי (קצה הקוטב המגנטי בכיוון סיבוב המנוע), השדה המגנטי של הארמטורה נמצא באותו כיוון כמו השדה המגנטי הראשי, וכתוצאה מכך גדל השדה המגנטי של מרווח האוויר במיקום זה;
בקצה הקוטב האחורי של הקוטב המגנטי הראשי (קצה הקוטב המגנטי המסתובב), השדה המגנטי של הארמטורה נמצא בכיוון ההפוך לשדה המגנטי הראשי, וכתוצאה מכך השדה המגנטי של מרווח האוויר נחלש במיקום זה.
בסופו של דבר, ההתפלגות הסימטרית של השדה המגנטי הראשי נשברת, וציר השדה המגנטי סוטה (סוטה מציר הקוטב המגנטי הראשי), תופעה המכונה "עיוות שדה מגנטי".
2. השדה המגנטי הראשי הכולל "מוחלש" (קיים רק במנועי DC)
עבור מנועי DC, כיוון זרם הארמטורה הפוך לכיוון הכוח האלקטרו-מונע המושרה, והשדה המגנטי של הארמטורה לא רק מייצר רכיב אורתוגונלי, אלא גם "רכיב דה-מגנטיזציה של ציר ישר" הפוך לכיוון השדה המגנטי הראשי, וכתוצאה מכך נחלש קלות בעוצמה הכוללת של השדה המגנטי הראשי.
3. הסכנות של תגובת ארמטורה: משפיעות על ביצועי המנוע ואמינותו
תגובת ארמטורה אינה "תופעה מועילה", והנזק הישיר שלה בא לידי ביטוי בעיקר בשני היבטים:
קושי בנסיעה לאחור, נוצרים ניצוצות
עיוות שדה מגנטי יכול לגרום לכוח אלקטרו-מניע מושרה (המכונה כוח אלקטרו-מניע ריאקטיבי) ב"אלמנט הקומוטציה" של סליל הארמטורה (סליל הליפוף שעובר מענף אחד לאחר), וכתוצאה מכך ניצוצות חשמליים בין המברשות לקומוטטור במהלך הקומוטציה.
ניצוצות לא רק שוחקים את המברשות והקומוטטורים, מקצרים את תוחלת החיים של המנוע, אלא שבמקרים חמורים עלולים גם לגרום לשריפות טבעתיות (ניצוצות היוצרים קשתות), ולשריף את סלילי הארמטורה.
ביצועי פעולת המנוע יורדים
עיוות שדה מגנטי מוביל ליצירת "מומנט נוסף" במהלך פעולת המנוע, מה שגורם לתנודות במהירות, רעידות ורעש;
היחלשות השדה המגנטי הראשי עלולה להוביל לירידה במומנט המוצא של המנוע, לעלייה במהירות (ריכוך המאפיינים) או לירידה במתח המוצא של הגנרטור.
4、 אמצעים מרכזיים להחלשת תגובת הארמטורה
כדי להפחית את הנזק של תגובת ארמטורה, בדרך כלל מאומצים בתעשייה האמצעים הטכניים הבאים:
התקנת 'סלילת פיצוי'
קבוצה של סלילי פיצוי המחוברים בטור עם סליל הארמטורה מלופפים סביב נעלי הקוטב של הקוטב המגנטי הראשי, מה שיוצר שדה מגנטי בכיוון ההפוך לשדה המגנטי של הארמטורה, מבטל ישירות את השפעת השדה המגנטי של הארמטורה ומדכא עיוות שדה מגנטי ודמגנטיזציה מהשורש (משמשים בעיקר במנועי DC בעלי קיבולת גבוהה ומהירות גבוהה).
הגדר את "קוטב ההיפוך" (קוטב ביניים)
התקן סט של קטבים מגנטיים קטנים (קטבים הופכים) בין שני הקטבים המגנטיים הראשיים, כאשר סליליהם מחוברים בטור עם סליל הארמטורה, כדי ליצור שדה מגנטי בכיוון הפוך לזה של שדה הארמטורה. זה תוכנן במיוחד כדי לנטרל את השדה המגנטי הארמטורה באלמנט הקומוטציה, לבטל כוח אלקטרו-מניע ריאקטיבי ולשפר את תנאי הקומוטציה (תצורה סטנדרטית למנועי DC בעלי קיבולת בינונית וגדולה).
שימוש ב"מברשת רחבה" או "ארמטורה מחוררת"
מברשות רחבות יכולות לכסות יותר מקטעי קומוטטור, להפחית את קצב שינוי הזרם של רכיבים בודדים ולהפחית ניצוצות;
ליבת הארמטורה מאמצת עיצוב של "חריץ משופע" (החריץ יוצר זווית מסוימת עם הציר), אשר יכול להחליש את הרכיבים ההרמוניים של השדה המגנטי של הארמטורה ולהפחית את עיוות השדה המגנטי.