Phản ứng phần ứng trong động cơ DC đề cập đến ảnh hưởng của từ trường (từ trường phần ứng) được tạo ra bằng cách cấp điện cho cuộn dây phần ứng trên từ trường chính (từ trường do cực từ chính tạo ra) của động cơ trong quá trình hoạt động.
Ảnh hưởng này sẽ thay đổi sự phân bố, cường độ và hướng của từ trường chính, do đó ảnh hưởng đến hiệu suất của động cơ (chẳng hạn như chuyển mạch, tốc độ, mô-men xoắn đầu ra, v.v.).

1、 Bối cảnh cốt lõi: Hai từ trường của động cơ DC
Để hiểu phản ứng phần ứng, trước tiên cần làm rõ hai từ trường độc lập tồn tại trong quá trình hoạt động của động cơ DC:
Từ trường chính (từ trường cực chính)

Cực từ chính trên stato của động cơ (thường là nam châm vĩnh cửu hoặc cuộn dây kích thích DC) tạo ra “từ trường cơ bản” để chuyển đổi năng lượng trong động cơ.

Ở trạng thái lý tưởng, từ trường chính phân bố đối xứng theo hình thang dọc theo khe hở không khí của động cơ (khoảng cách giữa stato và rôto), với hướng từ trường hướng từ cực N đến cực S.
Từ trường phần ứng (từ trường rôto)Phần ứng là bộ phận rôto của động cơ, trên đó cuộn dây phần ứng được quấn.

Khi dòng điện một chiều được đưa vào cuộn dây phần ứng (trong quá trình vận hành động cơ) hoặc dòng điện cảm ứng được tạo ra bằng cách cắt từ trường chính do rôto quay (trong quá trình vận hành máy phát điện), cuộn dây phần ứng sẽ tạo ra từ trường riêng của nó, cụ thể là từ trường phần ứng.
Hướng của từ trường phần ứng có thể được xác định bằng quy tắc vít bàn tay phải: hướng uốn cong của bốn ngón tay là hướng của dòng điện và ngón cái chỉ theo hướng cực N của từ trường.
Đặc điểm phân bố của nó là: trục từ trường vuông góc với trục từ trường chính (được gọi là “từ trường trục chéo”) và phân bố đối xứng dọc theo chu vi của phần ứng.

2、 Ảnh hưởng cốt lõi của phản ứng phần ứng: sự biến dạng và suy yếu của từ trường chính
Sự chồng chập của từ trường phần ứng và từ trường chính trong khe hở không khí của động cơ dẫn đến phá vỡ sự phân bố ban đầu của từ trường chính. Ảnh hưởng của lõi có thể được chia thành hai điểm:

1. Từ trường chính bị “biến dạng” (distortion)
Từ trường chính lý tưởng là đối xứng, nhưng từ trường phần ứng sẽ có tác dụng “đẩy-kéo” lên từ trường chính:
Tại đầu cực trước của cực từ chính (đầu cực từ theo hướng quay của động cơ), từ trường phần ứng cùng hướng với từ trường chính, dẫn đến từ trường khe hở không khí tại vị trí này tăng lên;

Tại đầu cực sau của cực từ chính (đầu cực từ quay), từ trường phần ứng ngược hướng với từ trường chính, dẫn đến từ trường khe hở không khí tại vị trí này yếu đi.
Cuối cùng, sự phân bố đối xứng của từ trường chính bị phá vỡ và trục từ trường bị lệch (lệch khỏi trục cực từ chính), một hiện tượng được gọi là “biến dạng từ trường”.

2. Từ trường chính tổng thể bị “yếu đi” (chỉ có ở động cơ DC)
Đối với động cơ DC, hướng của dòng điện phần ứng ngược với hướng của suất điện động cảm ứng và từ trường phần ứng không chỉ tạo ra thành phần trực giao mà còn tạo ra "thành phần khử từ trục trực tiếp" ngược với hướng của từ trường chính, dẫn đến làm suy yếu nhẹ cường độ tổng thể của từ trường chính.

3、 Mối nguy hiểm của phản ứng phần ứng: ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của động cơ
Phản ứng phần ứng không phải là “hiện tượng có lợi” và tác hại trực tiếp của nó chủ yếu thể hiện ở hai khía cạnh:
Khó đảo ngược, tia lửa được tạo ra
Sự biến dạng của từ trường có thể gây ra suất điện động cảm ứng (được gọi là suất điện động phản kháng) trong "phần tử chuyển mạch" của cuộn dây phần ứng (cuộn dây chuyển từ nhánh này sang nhánh khác), dẫn đến tia lửa điện giữa chổi than và bộ chuyển mạch trong quá trình chuyển mạch.
Tia lửa điện không chỉ làm mòn chổi than và bộ góp điện, làm giảm tuổi thọ của động cơ mà trong trường hợp nghiêm trọng còn có thể gây ra cháy vòng (tia lửa tạo thành hồ quang), đốt cháy các cuộn dây phần ứng.
Hiệu suất hoạt động của động cơ giảm
Sự biến dạng của từ trường dẫn đến việc tạo ra “mô-men xoắn bổ sung” trong quá trình vận hành động cơ, gây ra sự dao động tốc độ, rung động và tiếng ồn;
Làm suy yếu từ trường chính có thể dẫn đến giảm mô-men xoắn đầu ra của động cơ, tăng tốc độ (làm mềm đặc tính) hoặc giảm điện áp đầu ra của máy phát điện.

4、 Các biện pháp chính để làm suy yếu phản ứng cốt thép
Để giảm thiểu tác hại của phản ứng phần ứng, trong công nghiệp thường áp dụng các biện pháp kỹ thuật sau:
Cài đặt 'cuộn dây bù'
Một bộ cuộn dây bù được kết nối nối tiếp với cuộn dây phần ứng được quấn quanh các đế cực của cực từ chính, tạo ra từ trường ngược hướng với từ trường phần ứng, trực tiếp triệt tiêu ảnh hưởng của từ trường phần ứng và ngăn chặn sự biến dạng từ trường và hiệu ứng khử từ ngay từ gốc (chủ yếu được sử dụng trong động cơ DC công suất lớn, tốc độ cao).
Đặt “cực đảo chiều” (cực trung gian)

Lắp đặt một bộ cực từ nhỏ (cực đảo chiều) giữa hai cực từ chính, với các cuộn dây của chúng được nối tiếp với cuộn dây phần ứng, để tạo ra hướng từ trường ngược với hướng của từ trường phần ứng. Bộ phận này được thiết kế đặc biệt để chống lại từ trường phần ứng tại phần tử chuyển mạch, loại bỏ suất điện động phản kháng và cải thiện điều kiện chuyển mạch (cấu hình tiêu chuẩn cho động cơ DC công suất trung bình và lớn).

Sử dụng "bàn chải rộng" hoặc "khung xương có khe"
Chổi rộng có thể bao phủ nhiều đoạn cổ góp hơn, giảm tốc độ thay đổi dòng điện của từng thành phần và giảm tia lửa điện;
Lõi phần ứng sử dụng thiết kế “rãnh xiên” (rãnh tạo thành một góc nhất định với trục), có thể làm suy yếu các thành phần hài của từ trường phần ứng và giảm độ méo từ trường.