Armatura: Definicija funkcija i dijelovi
Što je armatura?
Armatura je dio električnog stroja (na primjer, motora ili generatora) koji nosi izmjenični strujni tok (AC). Armatura provodi AC čak i na DC (jednosmjerni strujni tok) strojevima putem komutatora (koji periodički mijenja smjer struje) ili zbog elektroničke komutacije (na primjer, u bešćetnom DC motoru).
Armatura pruža kućište i podršku armaturnom oplitanju, koje interagira s magnetskim poljem stvorenim u zračnoj prijelaznoj ravnini između statora i rotorа. Stator može biti rotirajući (rotor) ili statički dio (stator).
Termin armatura je uveden u 19. stoljeću kao tehnički termin što znači "čuvar magneta".
Kako radi armatura u električnom motoru?
Električni motor pretvara električnu energiju u mehaničku energiju putem elektromagnetske indukcije. To se događa kada se vodiljak koji nosi struju unutar magnetskog polja prisiljava da se pomakne, kako to objašnjava Flemingova lijeva pravila.
U električnom motoru, stator proizvodi rotirajuće magnetsko polje koristeći stalne magnete ili elektromagnete. Armatura, koja je obično rotor, nosi armaturno oplitanje koje je povezano s komutatorom i štopericama. Komutator mijenja smjer struje u armaturnom oplitanju dok se vrati tako da uvijek bude usklađen s magnetskim poljem.
Interakcija između magnetskog polja i armaturnog oplitanja generira moment koji uzrokuje da se armatura vrati. Vrat pridružen armaturi prenosi mehaničku snagu na druge uređaje.
Kako radi armatura u električnom generatoru?
Električni generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju koristeći princip elektromagnetske indukcije. Kada se vodiljak pomakne u magnetskom polju, on inducirat će elektromotornu snagu (EMF) prema Faradayevom zakonu.
U električnom generatoru, armatura je obično rotor koji pokreće glavni pogon, poput dizelskog motora ili turbine. Armatura nosi armaturno oplitanje koje je povezano s komutatorom i štopericama. Stator proizvodi statično magnetsko polje koristeći stalne magnete ili elektromagnete.
Relativni pokret između magnetskog polja i armaturnog oplitanja inducirat će EMF u armaturnom oplitanju, što će pokrenuti električni strujni tok kroz vanjski krug. Komutator mijenja smjer struje u armaturnom oplitanju dok se vrati kako bi proizveo izmjenični strujni tok (AC).
Dijelovi armature i dijagram
Armatura se sastoji od četiri suštinskih dijela: jezgra, oplitanja, komutatora i vratila. Ispod je dijagram koji ilustrira te dijelove.
Gubitci armature
Armatura u električnim strojevima trpi nekoliko gubitaka, smanjujući svoju učinkovitost i performanse. Ti gubitci uključuju:
Gubitak bakra: To je gubitak snage zbog otpornosti armaturnog oplitanja. On je proporcionalan kvadratu armaturne struje i može se smanjiti upotrebom debljih žica ili paralelnih putova. Gubitak bakra može se izračunati formulom:
gdje je Pc gubitak bakra, Ia armaturna struja, a Ra otpornost armature.
Gubitak eddijskih struja: To je gubitak snage zbog induciranih struja u jezgru armature. Ove struje su uzrokovane promjenama magnetskog toka i stvaraju toplinu i magnetske gubitke. Gubitak eddijskih struja može se smanjiti upotrebom laminiranih materijala za jezgro ili povećanjem zračnog prijelaza. Gubitak eddijskih struja može se izračunati formulom:
gdje je Pe gubitak eddijskih struja, ke konstanta ovisna o materijalu i obliku jezgra, Bm maksimalna gustoća toka, f frekvencija obrtanja toka, t debljina svake lamelice, a V volumen jezgra.
Gubitak histereza: To je gubitak snage zbog ponovljene magnetizacije i demagnetizacije jezgra armature. Taj proces uzrokuje trenje i toplinu u molekularnoj strukturi materijala jezgra. Gubitak histereza može se smanjiti upotrebom mekih magnetskih materijala s niskom koercitivnom silom i visokom permeabilnosti. Gubitak histereza može se izračunati formulom:
gdje je Ph gubitak histereza, kh konstanta ovisna o materijalu jezgra, Bm maksimalna gustoća toka, f frekvencija obrtanja toka, a V volumen jezgra.
Ukupni gubitak armature može se dobiti zbrajanjem ovih tri gubitka:
Učinkovitost armature može se definirati kao omjer izlazne snage i ulazne snage armature:
gdje je ηa učinkovitost armature, Po izlazna snaga, a Pi ulazna snaga armature.
Dizajn armature
Dizajn armature je ključan za performanse i učinkovitost električnog stroja, utjecajući nekoliko ključnih faktora:
Broj rasjeda: Rasjedi se koriste za smještaj armaturnog oplitanja i pružanje mehaničke podrške. Broj rasjeda ovisi o vrsti oplitanja, broju polova i veličini stroja. Općenito, više rasjeda rezultira boljom distribucijom toka i struje, nižim reaktancijom i gubitcima, te gladijom momentom. Međutim, više rasjeda također povećava težinu i cijenu armature, smanjuje prostor za izolaciju i hlađenje, te povećava izbijanje toka i reakciju armature.
Oblik rasjeda: Rasjedi mogu biti otvoreni ili zatvoreni, ovisno o tome jesu li izloženi zračnom prijelazu ili ne. Otvoreni rasjedi lakše se opleću i hladili, ali povećavaju neprijateljstvo i izbijanje toka u zračnom prijelazu. Zatvoreni rasjedi su teži za opliću i hlađenje, ali smanjuju neprijateljstvo i izbijanje toka u zračnom prijelazu.
Vrsta oplitanja: Oplitanje može biti lap oplitanje ili valno oplitanje, ovisno o tome kako su bobine spojene na segmente komutatora. Lap oplitanje je prikladno za strojeve s visokim strujnim tokom i niskim napajanjem, jer pruža više paralelnih putova za protok struje. Valno oplitanje je prikladno za strojeve s niskim strujnim tokom i visokim napajanjem, jer pruža serijalni spoj bobina i dodaje napone.
