Bir DC motorda armatür reaksiyonu, çalışma sırasında armatür sargısının enerjilendirilmesiyle oluşan manyetik alanın (armatür manyetik alanı) motorun ana manyetik alanına (ana manyetik kutbun oluşturduğu manyetik alan) etkisine denir.
Bu etki ana manyetik alanın dağılımını, şiddetini ve yönünü değiştirecek ve dolayısıyla motorun performansını (komütasyon, hız, çıkış torku vb.) etkileyecektir.
1、 Temel arka plan: DC motorun iki manyetik alanı
Armatür reaksiyonunu anlamak için öncelikle bir DC motorun çalışması sırasında oluşan iki bağımsız manyetik alanı açıklamak gerekir:
Ana manyetik alan (ana kutup manyetik alanı)
Motorun statorundaki ana manyetik kutup (genellikle kalıcı mıknatıs veya DC uyartım sargısı), motorda enerji dönüşümü için “temel manyetik alan”ı oluşturur.
İdeal durumda ana manyetik alan, motorun hava boşluğu (stator ile rotor arasındaki boşluk) boyunca trapez şeklinde simetrik olarak dağılır ve manyetik alan yönü N kutbundan S kutbuna doğru olur.
Armatür manyetik alanı (rotor manyetik alanı)Armatür, bir motorun rotor kısmıdır ve üzerine armatür sargısı sarılır.
Armatür sargısına doğru akım uygulandığında (motor çalışması sırasında) veya rotor dönüşü nedeniyle ana manyetik alan kesilerek indükleme akımı oluşturulduğunda (jeneratör çalışması sırasında), armatür sargısı kendi manyetik alanını, yani armatür manyetik alanını üretecektir.
Armatür manyetik alanının yönü sağ el vida kuralı ile belirlenebilir: dört parmağın bükülme yönü akımın yönüdür ve başparmak manyetik alanın N kutbunun yönünü gösterir.
Dağılım özellikleri şunlardır: Manyetik alan ekseni ana manyetik alan eksenine diktir (çapraz eksen manyetik alan olarak bilinir) ve armatürün çevresi boyunca simetrik olarak dağılmıştır.
2、 Armatür reaksiyonunun temel etkisi: ana manyetik alanın bozulması ve zayıflaması
Motorun hava boşluğunda armatür manyetik alanı ile ana manyetik alanın üst üste gelmesi, ana manyetik alanın orijinal dağılımının bozulmasına neden olur. Çekirdek etkisi iki noktaya ayrılabilir:
1. Ana manyetik alan "bozulmaya" (distortion) uğrar
İdeal ana manyetik alan simetriktir, ancak armatür manyetik alanı ana manyetik alan üzerinde "itme-çekme" etkisi yaratacaktır:
Ana manyetik kutbun ön kutup ucunda (motor dönüş yönündeki manyetik kutup ucu), armatür manyetik alanı ana manyetik alanla aynı yönde olduğundan, bu noktada hava boşluğu manyetik alanında bir artış meydana gelir;
Ana manyetik kutbun arka kutup ucunda (dönen manyetik kutbun ucu), armatür manyetik alanı ana manyetik alana zıt yöndedir ve bu da bu noktada hava boşluğu manyetik alanının zayıflamasına neden olur.
Sonuçta ana manyetik alanın simetrik dağılımı bozulur ve manyetik alan ekseni sapar (ana manyetik kutup ekseninden sapar), bu olaya “manyetik alan bozulması” denir.
2. Genel ana manyetik alan "zayıflar" (sadece DC motorlarda bulunur)
DC motorlarda armatür akımının yönü, indüklenen elektromotor kuvvetinin yönüne terstir ve armatür manyetik alanı sadece ortogonal bir bileşen değil, aynı zamanda ana manyetik alanın yönüne ters bir “doğrudan eksenli manyetiklik giderme bileşeni” de üretir ve bu da ana manyetik alanın genel gücünün hafif zayıflamasına neden olur.
3、 Armatür reaksiyonunun tehlikeleri: motor performansını ve güvenilirliğini etkiler
Armatür reaksiyonu “yararlı bir olgu” olmayıp, doğrudan zararları başlıca iki şekilde ortaya çıkmaktadır:
Geriye doğru gitmekte zorluk, kıvılcımlar oluştu
Manyetik alan bozulması, armatür sargısının “komütasyon elemanı”nda (bir koldan diğerine geçiş yapan sargı bobini) indüklenen elektromotor kuvvetine (reaktif elektromotor kuvveti olarak adlandırılır) neden olabilir ve bu da komütasyon sırasında fırçalar ile komütatör arasında elektrik kıvılcımlarına yol açabilir.
Kıvılcımlar sadece fırçaları ve komütatörleri aşındırmakla kalmaz, motorun ömrünü kısaltır, ayrıca ciddi durumlarda halka yangınlarına (kıvılcımların ark oluşturması) ve armatür sargılarının yanmasına da neden olabilir.
Motorun çalışma performansı azalır
Manyetik alan bozulması, motor çalışması sırasında “ekstra tork” oluşumuna yol açarak hız dalgalanmalarına, titreşimlere ve gürültüye neden olur;
Ana manyetik alanın zayıflaması, motorun çıkış torkunun azalmasına, hızın artmasına (karakteristiklerin yumuşamasına) veya jeneratörün çıkış voltajının düşmesine yol açabilir.
4、 Armatür reaksiyonunu zayıflatmak için temel önlemler
Armatür reaksiyonunun zararlarını azaltmak için endüstride genellikle aşağıdaki teknik önlemler alınır:
'Kompanzasyon sargısı' takın
Armatür sargısına seri olarak bağlanan bir dizi kompanzasyon sargısı, ana manyetik kutbun kutup pabuçları etrafına sarılır, bu da armatür manyetik alanına ters yönde bir manyetik alan oluşturur, armatür manyetik alanının etkisini doğrudan ortadan kaldırır ve kökten gelen manyetik alan bozulmalarını ve manyetik alan demanyetizasyon etkilerini bastırır (çoğunlukla büyük kapasiteli, yüksek hızlı DC motorlarda kullanılır).
"Geri vites kutbunu" (ara kutup) ayarlayın
İki ana manyetik kutup arasına, armatür sargısına seri bağlı sargıları olan bir dizi küçük manyetik kutup (ters kutup) yerleştirin. Böylece armatür manyetik alanının tersi yönünde bir manyetik alan oluşturulur. Bu, komütasyon elemanındaki armatür manyetik alanını etkisiz hale getirmek, reaktif elektromotor kuvvetini ortadan kaldırmak ve komütasyon koşullarını iyileştirmek için özel olarak tasarlanmıştır (orta ve büyük kapasiteli DC motorlar için standart konfigürasyon).
"Geniş fırça" veya "yuvalı armatür" kullanımı
Geniş fırçalar daha fazla komütatör segmentini kaplayabilir, bireysel bileşenlerin akım değişim oranını azaltabilir ve kıvılcımları düşürebilir;
Armatür çekirdeği, armatür manyetik alanının harmonik bileşenlerini zayıflatabilen ve manyetik alan bozulmasını azaltabilen "eğik oluk" tasarımını benimser (oluk, eksenle belirli bir açı oluşturur).