Armadura: Definición Función e Partes
Que é un armadura?
A armadura é o compoñente dunha máquina eléctrica (por exemplo, un motor ou xerador) que transporta corrente alternada (CA). A armadura conduce CA incluso nas máquinas de corrente continua (CC) a través do comutador (que inverte periodicamente a dirección da corrente) ou debido á comutación electrónica (por exemplo, nun motor de corrente continua sen escovas).
A armadura proporciona aloxamento e soporte ao enrolamento da armadura, que interactúa co campo magnético formado no espazo entre o estator e o rotor. O estator pode ser unha parte rotativa (rotor) ou unha parte estacionaria (estator).
O termo armadura foi introducido no século XIX como un termo técnico que significa “mantenedor dun imán”.
Como funciona a armadura nun motor eléctrico?
Un motor eléctrico transforma a enerxía eléctrica en enerxía mecánica mediante a indución electromagnética. Isto ocorre cando un conductor que transporta corrente dentro dun campo magnético é forzado a moverse, como explica a regra da man esquerda de Fleming.
Nun motor eléctrico, o estator produce un campo magnético rotatorio usando imáns permanentes ou electroimáns. A armadura, que xeralmente é o rotor, transporta o enrolamento da armadura que está conectado ao comutador e as escovas. O comutador cambia a dirección da corrente no enrolamento da armadura mentres rota para que sempre se alinee co campo magnético.
A interacción entre o campo magnético e o enrolamento da armadura xera un par que fai que a armadura rote. O eixo adxunto á armadura transmite a potencia mecánica a outras dispositivos.
Como funciona a armadura nun xerador eléctrico?
Un xerador eléctrico converte a enerxía mecánica en enerxía eléctrica usando o principio da indución electromagnética. Cando un conductor move dentro dun campo magnético, induce unha forza electromotriz (FEM) segundo a lei de Faraday.
Nun xerador eléctrico, a armadura xeralmente é o rotor que é impulsado por un motor principal, como un motor diésel ou unha turbina. A armadura transporta o enrolamento da armadura que está conectado ao comutador e as escovas. O estator produce un campo magnético estacionario usando imáns permanentes ou electroimáns.
O movemento relativo entre o campo magnético e o enrolamento da armadura induce unha FEM no enrolamento da armadura, que impulsa unha corrente eléctrica a través do circuito externo. O comutador cambia a dirección da corrente no enrolamento da armadura mentres rota para que produza unha corrente alternada (CA).
Partes da armadura e diagrama
A armadura está composta por catro compoñentes esenciais: o núcleo, o enrolamento, o comutador e o eixo. Abaixo amósase un diagrama que ilustra estas partes.
Pérdidas na armadura
A armadura nas máquinas eléctricas sufre varias perdidas, reducindo a súa eficiencia e rendemento. Estas perdidas inclúen:
Pérdida de cobre: Esta é a perda de potencia debido á resistencia do enrolamento da armadura. É proporcional ao cadrado da corrente da armadura e pode reducirse usando cables máis grosos ou camiños paralelos. A perda de cobre pode calcularse usando a fórmula:
onde Pc é a perda de cobre, Ia é a corrente da armadura, e Ra é a resistencia da armadura.
Pérdida de correntes de Foucault: Esta é a perda de potencia debido ás correntes inducidas no núcleo da armadura. Estas correntes son causadas polo cambio no fluxo magnético e prodúcense calor e perdidas magnéticas. A perda de correntes de Foucault pode reducirse usando materiais de núcleo laminados ou aumentando a brecha de aire. A perda de correntes de Foucault pode calcularse usando a fórmula:
onde Pe é a perda de correntes de Foucault, ke é unha constante que depende do material e a forma do núcleo, Bm é a densidade máxima de fluxo, f é a frecuencia de inversión de fluxo, t é o grosor de cada laminación, e V é o volume do núcleo.
Pérdida de histerese: Esta é a perda de potencia debido á magnetización e desmagnetización repetidas do núcleo da armadura. Este proceso causa fricción e calor na estrutura molecular do material do núcleo. A perda de histerese pode reducirse usando materiais magnéticos moles con baixa coercitividade e alta permeabilidade. A perda de histerese pode calcularse usando a fórmula:
onde Ph é a perda de histerese, kh é unha constante que depende do material do núcleo, Bm é a densidade máxima de fluxo, f é a frecuencia de inversión de fluxo, e V é o volume do núcleo.
A perda total da armadura pode obterse sumando estas tres perdidas:
A eficiencia da armadura pode definirse como a razón entre a potencia de saída e a potencia de entrada da armadura:
onde ηa é a eficiencia da armadura, Po é a potencia de saída, e Pi é a potencia de entrada da armadura.
Deseño da armadura
O deseño da armadura é crucial para o rendemento e a eficiencia da máquina eléctrica, influenciado por varios factores clave:
O número de ranuras: As ranuras úsanse para acomodar o enrolamento da armadura e proporcionar soporte mecánico. O número de ranuras depende do tipo de enrolamento, o número de polos e o tamaño da máquina. Xeralmente, máis ranuras resultan en mellor distribución de fluxo e corrente, menor reactancia e perdidas, e torque máis suave. No entanto, máis ranuras tamén aumentan o peso e o custo da armadura, reducen o espazo para aisolamento e refrigeración, e aumentan o fluxo de fuga e a reacción da armadura.
A forma das ranuras: As ranuras poden estar abertas ou pechadas, dependendo de se están expostas á brecha de aire ou non. As ranuras abertas son máis fáciles de enrollar e refrigerar, pero aumentan a reluctancia e o fluxo de fuga na brecha de aire. As ranuras pechadas son máis difíciles de enrollar e refrigerar, pero reducen a reluctancia e o fluxo de fuga na brecha de aire.
O tipo de enrolamento: O enrolamento pode ser un enrolamento en lap ou onda, dependendo de como os devanos están conectados aos segmentos do comutador. O enrolamento en lap é adecuado para máquinas de alta corrente e baixa tensión, xa que proporciona múltiples camiños paralelos para o flujo de corrente. O enrolamento en onda é adecuado para máquinas de baixa corrente e alta tensión, xa que proporciona unha conexión en serie dos devanos e suma as tensións.
O tamaño do conductor: O conductor úsase para transportar a corrente no enrolamento da armadura. O tamaño do conductor depende da densidade de corrente
