Бобина: Дефиниция, функция и части

Какво е якор?

Якорът е компонент на електрическа машина (например мотор или генератор), който пренася променящо се напрежение (AC). Якорът провежда AC дори в DC (Direct Current) машините чрез комутатор (който периодично обръща посоката на тока) или благодарение на електронно комутиране (например в безщетков DC мотор).

Якорът предоставя жилище и поддръжка на якорното оплитане, което взаимодейства с магнитното поле, образувано в въздушната празнина между статора и ротора. Статорът може да бъде или вращаща се част (ротор), или неподвижна част (статор).

Терминът "якор" е въведен през 19-ти век като технически термин, означаващ "пазител на магнит".

Как работи якорът в електрически мотор?

Електрическият мотор преобразува електрическа енергия в механична енергия чрез електромагнитна индукция. Това се случва, когато проводник, който пренася ток, се движи в магнитно поле, както е обяснено от правилото на Флеминг за лявата ръка.

В електрическия мотор, статорът произвежда въртящо се магнитно поле чрез използване на постоянни магнити или електромагнити. Якорът, който обикновено е ротор, носи якорното оплитане, свързано с комутатора и щетките. Комутаторът превключва посоката на тока в якорното оплитане, докато то се върти, така че винаги да е съвпада с магнитното поле.

Взаимодействието между магнитното поле и якорното оплитане генерира момент, който причинява якорът да се върти. Валът, прикрепен към якора, прехвърля механичната мощност към други устройства.

Как работи якорът в електрически генератор?

Електрическият генератор преобразува механична енергия в електрическа енергия, използвайки принципа на електромагнитната индукция. Когато проводник се движи в магнитно поле, той индуцира електродвижеща сила (EMF) според закона на Фарадей.

В електрическия генератор, якорът обикновено е ротор, който е задвижен от основен двигател, като дизелов двигател или турбина. Якорът носи якорното оплитане, което е свързано с комутатора и щетките. Статорът произвежда неподвижно магнитно поле чрез използване на постоянни магнити или електромагнити.

Относителното движение между магнитното поле и якорното оплитане индуцира EMF в якорното оплитане, което привежда електрически ток във външната верига. Комутаторът превключва посоката на тока в якорното оплитане, докато то се върти, така че да произведе променящо се напрежение (AC).

Части на якора и диаграма

Якорът е съставен от четири основни компонента: ядрото, оплитането, комутаторът и валът. По-долу е представена диаграма, илюстрираща тези части.

Потери на якора

Якорът в електрическите машини има няколко загуби, които намаляват неговата ефективност и производителност. Тези загуби включват:

• Медна загуба: Това е загубата на мощност, причинена от съпротивлението на якорното оплитане. Тя е пропорционална на квадрата на якорния ток и може да бъде намалена чрез използване на по-дебели жици или паралелни пътища. Медната загуба може да бъде изчислена с формулата:

където Pc е медната загуба, Ia е якорния ток, а Ra е якорното съпротивление.

Загуба от вихреви токове: Това е загубата на мощност, причинена от индуцираните токове в ядрото на якора. Тези токове са причинени от променящия се магнитен поток и произвеждат топлина и магнитни загуби. Загубата от вихреви токове може да бъде намалена чрез използване на ламинирани ядро материали или увеличаване на въздушната празнина. Загубата от вихреви токове може да бъде изчислена с формулата:

където Pe е загубата от вихреви токове, ke е константа, зависеща от материал и форма на ядрото, Bm е максималната плътност на потока, f е честотата на превръщане на потока, t е дебелината на всяка ламинация, а V е обемът на ядрото.

• Загуба от хистерезис: Това е загубата на мощност, причинена от повторното намагничаване и демагнетизиране на ядрото на якора. Този процес причинява триене и топлина в молекулярната структура на материала на ядрото. Загубата от хистерезис може да бъде намалена чрез използване на меки магнитни материали с ниска коерцитивна сила и висока проницаемост. Загубата от хистерезис може да бъде изчислена с формулата:

където Ph е загубата от хистерезис, kh е константа, зависеща от материал на ядрото, Bm е максималната плътност на потока, f е честотата на превръщане на потока, а V е обемът на ядрото.

Общата загуба на якора може да бъде получена чрез добавяне на тези три загуби:

Ефективността на якора може да бъде дефинирана като отношението между изходната мощност и входната мощност на якора:

където ηa е ефективността на якора, Po е изходната мощност, а Pi е входната мощност на якора.

Дизайн на якора

Дизайнът на якора е важен за производителността и ефективността на електрическата машина, влияет от няколко ключови фактора:

• Брой слотове: Слотовете се използват за разположение на якорното оплитане и предоставяне на механична поддръжка. Броят на слотовете зависи от типа оплитане, броя на полюсите и размера на машината. Обикновено, повече слотове водят до по-добро разпределение на потока и тока, по-ниска реактивна съпротивителност и загуби, и по-гладък момент. Но повече слотове също увеличават теглото и цената на якора, намаляват пространството за изолация и охлаждане, и увеличават утечката на потока и реакцията на якора.

• Форма на слотовете: Слотовете могат да бъдат отворени или затворени, в зависимост от това дали са изложени на въздушната празнина или не. Отворените слотове са по-лесни за оплитане и охлаждане, но увеличават противодействието и утечката на потока във въздушната празнина. Затворените слотове са по-трудни за оплитане и охлаждане, но намаляват противодействието и утечката на потока във въздушната празнина.

• Тип оплитане: ОPLITANETO може да бъде лапово оплитане или вълново оплитане, в зависимост от начина, по който катушките са свързани с сегментите на комутатора. Лаповото оплитане е подходящо за машини с висок ток и ниско напрежение, тъй като предоставя множество паралелни пътища за протичане на тока. Вълновото оплитане е подходящо за машини с нисък ток и високо напрежение, тъй като предоставя серийно свързване на катушките и сумира напреженията.

• Размер на проводника: Проводникът се използва за пренасяне на