Armature: Paglalarawan Function at mga Bahagi

Ano ang Armature?

Ang armature ay ang bahagi ng isang elektrikong makina (halimbawa, motor o generator) na nagdadala ng alternating current (AC). Ang armature ay nagdaraos ng AC kahit sa DC (Direct Current) mga makina sa pamamagitan ng commutator (na nagsasakop ng direksyon ng kasalukuyan) o dahil sa electronic commutation (halimbawa, sa brushless DC motor).

Ang armature ay nagbibigay ng tirahan at suporta sa armature winding, na may interaksiyon sa magnetic field na nabuo sa air gap sa pagitan ng stator at rotor. Ang stator maaaring maging isang umiikot na bahagi (rotor) o isang istasyonaryong bahagi (stator).

Ang termino ng armature ay ipinakilala noong ika-19 siglo bilang isang teknikal na termino na may kahulugan ng “keeper of a magnet”.

Paano Gumagana ang Armature sa isang Electric Motor?

Ang electric motor ay nagbabago ng electrical energy sa mechanical energy sa pamamagitan ng electromagnetic induction. Ito ay nangyayari kapag ang current-carrying conductor sa loob ng magnetic field ay inipinilit na gumalaw, tulad ng ipinaliwanag ng Fleming’s left-hand rule.

Sa isang electric motor, ang stator ay lumilikha ng rotating magnetic field sa pamamagitan ng permanent magnets o electromagnets. Ang armature, na karaniwang ang rotor, ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang commutator ay nagsasakop ng direksyon ng kasalukuyan sa armature winding habang ito ay umiikot upang laging magkaisa ito sa magnetic field.

Ang interaksiyon sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay lumilikha ng torque na nagdudulot ng pag-ikot ng armature. Ang shaft na nakakabit sa armature ay naglilipat ng mechanical power sa iba pang mga aparato.

Paano Gumagana ang Armature sa isang Electric Generator?

Ang electric generator ay nagbabago ng mechanical energy sa electrical energy sa pamamagitan ng prinsipyong electromagnetic induction. Kapag ang conductor ay umiikot sa magnetic field, ito ay nag-iinduce ng electromotive force (EMF) ayon sa Faraday’s law.

Sa isang electric generator, ang armature ay karaniwang ang rotor na pinapatakbo ng isang prime mover, tulad ng diesel engine o turbine. Ang armature ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang stator ay lumilikha ng stationary magnetic field sa pamamagitan ng permanent magnets o electromagnets.

Ang relasyon ng paggalaw sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay nag-iinduce ng EMF sa armature winding, na nagpapatakbong isang electric current sa external circuit. Ang commutator ay nagsasakop ng direksyon ng kasalukuyan sa armature winding habang ito ay umiikot upang ito ay lumikha ng alternating current (AC).

Mga Bahagi ng Armature & Diagram

Ang armature ay binubuo ng apat na mahahalagang bahagi: ang core, winding, commutator, at shaft. Sa ibaba ay isang diagram na nagpapakita ng mga bahaging ito.

Mga Pagkawala sa Armature

Ang armature sa mga elektrikong makina ay may ilang pagkawala, na bumabawas sa kanyang efisyensiya at performance. Ang mga pagkawala ay kinabibilangan ng:

• Copper loss: Ito ang pagkawala ng lakas dahil sa resistance ng armature winding. Ito ay proporsyonal sa kuwadrado ng armature current at maaaring bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng mas matiyas na wires o parallel paths. Ang copper loss ay maaaring makalkula gamit ang formula:

kung saan Pc ang copper loss, Ia ang armature current, at Ra ang armature resistance.

Eddy current loss: Ito ang pagkawala ng lakas dahil sa induced currents sa core ng armature. Ang mga kasalukuyan na ito ay dulot ng pagbabago ng magnetic flux at lumilikha ng init at magnetic losses. Ang eddy current loss ay maaaring bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng laminated core materials o pagtaas ng air gap. Ang eddy current loss ay maaaring makalkula gamit ang formula:

kung saan Pe ang eddy current loss, ke ang constant depende sa core material at shape, Bm ang maximum flux density, f ang frequency ng flux reversal, t ang thickness ng bawat lamination, at V ang volume ng core.

• Hysteresis loss: Ito ang pagkawala ng lakas dahil sa paulit-ulit na magnetization at demagnetization ng core ng armature. Ang prosesong ito ay nagdudulot ng friction at init sa molecular structure ng core material. Ang hysteresis loss ay maaaring bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng soft magnetic materials na may mababang coercivity at mataas na permeability. Ang hysteresis loss ay maaaring makalkula gamit ang formula:

kung saan Ph ang hysteresis loss, kh ang constant depende sa core material, Bm ang maximum flux density, f ang frequency ng flux reversal, at V ang volume ng core.

Ang kabuuang armature loss ay maaaring makalkula sa pamamagitan ng pagdaragdag ng tatlong pagkawala:

Ang armature efficiency ay maaaring ilarawan bilang ang ratio ng output power sa input power ng armature:

kung saan ηa ang armature efficiency, Po ang output power, at Pi ang input power ng armature.

Disenyo ng Armature

Ang disenyo ng armature ay mahalaga para sa performance at efisyensiya ng elektrikong makina, na tinatamaan ng ilang mahahalagang factor:

• Ang bilang ng slots: Ang mga slot ay ginagamit para akomodahin ang armature winding at magbigay ng mechanical support. Ang bilang ng slots ay depende sa uri ng winding, bilang ng poles, at laki ng makina. Karaniwan, mas maraming slots ay nagreresulta sa mas mahusay na distribusyon ng flux at kasalukuyan, mas mababang reactance at pagkawala, at mas smooth na torque. Gayunpaman, mas maraming slots ay dinadagdagan ang timbang at gastos ng armature, binabawasan ang espasyo para sa insulation at cooling, at dinadagdagan ang leakage flux at armature reaction.

• Ang hugis ng slots: Ang mga slot ay maaaring bukas o sarado, depende kung sila ay nakalantad sa air gap o hindi. Ang bukas na slots ay mas madali wind at cool, ngunit ito ay nagdudulot ng mas mataas na reluctance at leakage flux sa air gap. Ang saradong slots ay mas mahirap wind at cool, ngunit ito ay binabawasan ang reluctance at leakage flux sa air gap.

• Ang uri ng winding: Ang winding ay maaaring lap wound o wave wound, depende sa paano konektado ang coils sa commutator segments. Lap winding ay angkop para sa high-current at low-voltage machines, dahil ito ay nagbibigay ng maraming parallel paths para sa kasalukuyan flow. Wave winding ay angkop para sa low current at high voltage machines, dahil ito ay nagbibigay ng series connection ng coils at adds up ang voltages.

• Ang laki ng conductor: Ang conductor ay ginagamit para dalhin ang kasalukuyan sa armature winding. Ang laki ng conductor ay depende sa current density, na ang ratio ng kasalukuyan sa cross-sectional area. Mas mataas na current density ay nagreresulta sa mas mataas na copper loss at temperature rise, ngunit mas mababang conductor cost at timbang. Mas mababang current density ay nagreresulta sa mas mababang copper loss at temperature rise, ngunit mas mataas na conductor cost at timbang.

• Ang haba ng air gap: Ang air gap ay ang distansya sa pagitan