آرماتور: تعریف، عملکرد و بخش ها
چه چیزی آرماتور است؟
آرماتور قطعه ای از ماشین الکتریکی (مثلاً موتور یا ژنراتور) است که جریان متناوب (AC) را منتقل می‌کند. آرماتور حتی در ماشین‌های جریان مستقیم (DC) نیز با استفاده از کامیوتاتور (که به طور دوره ای جهت جریان را معکوس می‌کند) یا با استفاده از کامیوتاسیون الکترونیکی (مانند موتور DC بدون برس) جریان AC را هدایت می‌کند.
آرماتور محل و پشتیبانی برای سیم‌پیچ آرماتور فراهم می‌کند که با میدان مغناطیسی تشکیل شده در فاصله بین استاتور و روتور تعامل دارد. استاتور می‌تواند بخشی چرخان (روتور) یا ثابت (استاتور) باشد.
اصطلاح آرماتور در قرن ۱۹ معرفی شد به عنوان یک اصطلاح فنی به معنای "نگهدارنده مغناطیس".
آرماتور در موتور الکتریکی چگونه عمل می‌کند؟
موتور الکتریکی انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند از طریق القای الکترومغناطیسی. این زمانی اتفاق می‌افتد که رساننده‌ای که جریان در آن وجود دارد در یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، همانطور که توسط قانون دست چپ فلمینگ توضیح داده شده است.
در موتور الکتریکی، استاتور با استفاده از مغناطیس‌های دائمی یا الکترومغناطیس‌ها میدان مغناطیسی چرخان را ایجاد می‌کند. آرماتور که معمولاً روتر است، سیم‌پیچ آرماتور را حمل می‌کند که به کامیوتاتور و برس‌ها متصل است. کامیوتاتور جهت جریان در سیم‌پیچ آرماتور را در حین چرخش معکوس می‌کند تا همیشه با میدان مغناطیسی همسو باشد.
تعامل بین میدان مغناطیسی و سیم‌پیچ آرماتور گشتاوری ایجاد می‌کند که باعث چرخش آرماتور می‌شود. محوری که به آرماتور متصل است انرژی مکانیکی را به دستگاه‌های دیگر منتقل می‌کند.
آرماتور در ژنراتور الکتریکی چگونه عمل می‌کند؟
ژنراتور الکتریکی انرژی مکانیکی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند با استفاده از اصل القای الکترومغناطیسی. وقتی رساننده‌ای در یک میدان مغناطیسی حرکت می‌کند، نیروی الکتروموتوری (EMF) به طور القایی ایجاد می‌شود طبق قانون فارادی.
در ژنراتور الکتریکی، آرماتور معمولاً روتر است که توسط یک محرک اصلی مانند موتور دیزل یا توربین می‌چرخد. آرماتور سیم‌پیچ آرماتور را حمل می‌کند که به کامیوتاتور و برس‌ها متصل است. استاتور با استفاده از مغناطیس‌های دائمی یا الکترومغناطیس‌ها میدان مغناطیسی ثابت را ایجاد می‌کند.
حرکت نسبی بین میدان مغناطیسی و سیم‌پیچ آرماتور EMF در سیم‌پیچ آرماتور القاء می‌کند که جریان الکتریکی را از طریق مدار خارجی می‌راند. کامیوتاتور جهت جریان در سیم‌پیچ آرماتور را در حین چرخش معکوس می‌کند تا جریان متناوب (AC) تولید کند.
اجزای آرماتور و نمودار آن
آرماتور از چهار مؤلفه اساسی تشکیل شده است: هسته، سیم‌پیچ، کامیوتاتور و محور. در زیر نموداری از این اجزا آورده شده است.
زیان‌های آرماتور
آرماتور در ماشین‌های الکتریکی چندین زیان دارد که کارایی و عملکرد آن را کاهش می‌دهد. این زیان‌ها شامل:
زیان مس: این زیان توان است که به دلیل مقاومت سیم‌پیچ آرماتور ایجاد می‌شود. این زیان متناسب با مجذور جریان آرماتور است و می‌تواند با استفاده از سیم‌های ضخیم‌تر یا مسیرهای موازی کاهش یابد. زیان مس می‌تواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:
که در آن Pc زیان مس، Ia جریان آرماتور و Ra مقاومت آرماتور است.
زیان جریان دوگانه: این زیان توان است که به دلیل جریان‌های القایی در هسته آرماتور ایجاد می‌شود. این جریان‌ها به دلیل تغییر شار مغناطیسی ایجاد می‌شوند و گرما و زیان‌های مغناطیسی ایجاد می‌کنند. زیان جریان دوگانه می‌تواند با استفاده از مواد هسته لایه‌ای یا افزایش فاصله هوا کاهش یابد. زیان جریان دوگانه می‌تواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:
که در آن Pe زیان جریان دوگانه، ke ثابتی است که به مواد هسته و شکل آن بستگی دارد، Bm شدت شار مغناطیسی حداکثر، f فرکانس معکوس شدن شار، t ضخامت هر لایه و V حجم هسته است.
زیان هیسترزیس: این زیان توان است که به دلیل مغناطیس‌کردن و دی‌مغناطیس‌کردن مکرر هسته آرماتور ایجاد می‌شود. این فرآیند سر و صدای مولکولی در ساختار مواد هسته را ایجاد می‌کند. زیان هیسترزیس می‌تواند با استفاده از مواد مغناطیسی نرم با کوسرسیتی کم و نفوذپذیری بالا کاهش یابد. زیان هیسترزیس می‌تواند با استفاده از فرمول زیر محاسبه شود:
که در آن Ph زیان هیسترزیس، kh ثابتی است که به مواد هسته بستگی دارد، Bm شدت شار مغناطیسی حداکثر، f فرکانس معکوس شدن شار و V حجم هسته است.
زیان کل آرماتور می‌تواند با اضافه کردن این سه زیان به دست آید:
کارایی آرماتور می‌تواند به عنوان نسبت توان خروجی به توان ورودی آرماتور تعریف شود:
که در آن ηa کارایی آرماتور، Po توان خروجی و Pi توان ورودی آرماتور است.
طراحی آرماتور
طراحی آرماتور برای عملکرد و کارایی ماشین الکتریکی بسیار مهم است و توسط چندین عامل کلیدی تأثیر می‌پذیرد:
تعداد دندانه‌ها: دندانه‌ها برای استقرار سیم‌پیچ آرماتور و فراهم کردن پشتیبانی مکانیکی استفاده می‌شوند. تعداد دندانه‌ها بستگی به نوع سیم‌پیچ، تعداد قطب‌ها و اندازه ماشین دارد. به طور کلی، دندانه‌های بیشتر منجر به توزیع بهتر شار و جریان، واکنش‌های کمتر و زیان‌های کمتر و گشتاور صاف‌تر می‌شوند. با این حال، دندانه‌های بیشتر وزن و هزینه آرماتور را افزایش می‌دهند، فضای عایق‌بندی و خنک‌سازی را کاهش می‌دهند و شار فرار و واکنش آرماتور را افزایش می‌دهند.
شکل دندانه‌ها: دندانه‌ها می‌توانند باز یا بسته باشند، بسته به اینکه آیا به فاصله هوا مواجه هستند یا خیر. دندانه‌های باز راحت‌تر سیم‌پیچ می‌شوند و خنک می‌شوند، اما مانعیت و شار فرار در فاصله هوا را افزایش می‌دهند. دندانه‌های بسته سخت‌تر سیم‌پیچ می‌شوند و خنک می‌شوند، اما مانعیت و شار فرار در فاصله هوا را کاهش می‌دهند.
نوع سیم‌پیچ: سیم‌پیچ می‌تواند لپ‌وایند یا ویو‌وایند باشد، بسته به اینکه چگونه سیم‌ها به بخش‌های کامیوتاتور متصل می‌شوند. سیم‌پیچ لپ برای ماشین‌های با جریان بالا و ولتاژ پایین مناسب است، زیرا مس
