Hoe beïnvloedt de flux de armatuurwinding?

Hoe magnetische flux de armatuurwindingen beïnvloedt

De invloed van magnetische flux op armatuurwindingen is centraal voor het werkingsprincipe van motoren en generatoren. In deze apparaten veroorzaken veranderingen in de magnetische flux een elektromotorische kracht (EMK) in de armatuurwindingen, gebaseerd op Faradays wet van elektromagnetische inductie. Hieronder volgt een gedetailleerde uitleg over hoe magnetische flux de armatuurwindingen beïnvloedt:

1. Gegenereerde elektromotorische kracht (EMK)

Volgens Faradays wet van elektromagnetische inductie wordt er een geïnduceerde EMK gegenereerd binnen een gesloten circuit wanneer de magnetische flux door dat circuit verandert. Voor armatuurwindingen, als de magnetische flux varieert in de tijd (bijvoorbeeld in een roterend magnetisch veld), veroorzaakt deze veranderende flux een spanning in de armatuurwindingen. De formule is als volgt:

• E is de geïnduceerde EMK;

• $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">N</span>\; }$N is het aantal windingen;

• $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">\Phi </span>\; }$Φ is de magnetische flux;

• $\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">\Delta </span>\; }\mathrm{<span\; style="font-family:\; arial,\; helvetica,\; sans-serif;\; font-size:\; 16px;">t</span>\; }$Δt is de tijdsverandering.

Het minteken geeft aan dat de richting van de geïnduceerde EMK de verandering in flux tegengaat die het heeft veroorzaakt, volgens Lenz' wet.

2. Geïnduceerde stroom

Zodra er een geïnduceerde EMK in de armatuurwindingen is gegenereerd en de windingen een gesloten circuit vormen met een externe belasting, zal stroom gaan stromen. Deze stroom, veroorzaakt door de veranderende magnetische flux, wordt geïnduceerde stroom genoemd. De grootte van de geïnduceerde stroom hangt af van de geïnduceerde EMK, de weerstand van de winding en eventuele andere reeksimpendanties.

3. Koppelgeneratie

In motoren, wanneer er stroom door de armatuurwindingen stroomt, interageren deze stromen met het magnetisch veld dat door de stator wordt geproduceerd, wat resulteert in koppel. Dit komt doordat een stroomvoerende geleider een kracht ervaart in een magnetisch veld (Ampères kracht). Deze kracht kan worden gebruikt om de asrotatie te drijven, waardoor de motor mechanisch werk kan verrichten.

4. Terugwerkende EMK

In DC-motoren, wanneer de armatuur begint te roteren, snijdt deze ook door magnetische veldlijnen en genereert een EMK die de voedingsspanning tegengaat; dit wordt terugwerkende EMK of tegen-EMK genoemd. De aanwezigheid van terugwerkende EMK beperkt de groei van de armatuurstroom en helpt bij het stabiliseren van de motorsnelheid.

5. Magnetische verzadiging en efficiëntie

Wanneer de dichtheid van de magnetische flux tot een bepaald punt toeneemt, kan het kernmateriaal magnetische verzadiging bereiken, waarbij verdere toename van de opwekkingstroom niet significant de magnetische flux vergroot. Magnetische verzadiging beïnvloedt niet alleen de motorprestaties, maar kan ook leiden tot extra energieverliezen, wat de motorefficiëntie vermindert.

Samenvattend hebben veranderingen in de magnetische flux direct invloed op de geïnduceerde EMK, de stroom en vervolgens het koppel in de armatuurwindingen, die fundamenteel zijn voor de juiste werking van motoren en generatoren. Een goede ontwerp en bedrijf van motoren en generatoren moeten deze factoren in overweging nemen om een efficiënte en betrouwbare prestatie te garanderen.