Armatura: Definitio Functionesque et Partes

Quid est Armatura?

Armatura est pars machinae electricae (i.e., motoris vel generatoris) quae portat currentem alternantem (CA). Armatura etiam in machinis DC (Direct Current) per commutatorem (qui periodiciter currentem dirigit) aut propter commutationem electronicam (sicut in motore DC sine contrectatione) CA conducit.

Armatura praebet domicilium et supportum ad armaturam filandam, quae interagere cum campo magnetico formatum in spatio inter stator et rotor. Stator potest esse vel pars rotans (rotor) vel pars stationaria (stator).

Terminus armatura in saeculo 19 introductus est ut terminus technicus significans “custos magneti”.

Quomodo Armatura Operatur in Motore Electrico?

Motor electricus transformat energiam electricam in mechanicam per inductionem electromagneticam. Hoc evenit quando conductor qui portat currentem intra campum magneticum movetur, sicut explicavit regula sinistra Fleming.

In motore electrico, stator producit campum magneticum rotans per usum magnetorum permanentium aut electromagneton. Armatura, quae saepissime est rotor, portat armaturam filandam quae connectitur ad commutatorem et pensiles. Commutator commutat directionem currentis in armatura filanda dum rota, ut semper alineata sit cum campo magnetico.

Interactio inter campum magneticum et armaturam filandam generat momenta quod facit armaturam rotare. Axis ad armaturam adfixus transferit potentiam mechanicam ad alias machinas.

Quomodo Armatura Operatur in Generatore Electrico?

Generator electricus convertit energiam mechanicam in electricam per principium inductionis electromagneticae. Quando conductor movetur in campo magnetico, inducit fortem motricem (EMF) secundum legem Faraday.

In generatore electrico, armatura saepissime est rotor qui impellitur ab movere primario, sicut motore diesel aut turbine. Armatura portat armaturam filandam quae connectitur ad commutatorem et pensiles. Stator producit campum magneticum stationarium per usum magnetorum permanentium aut electromagneton.

Motus relativus inter campum magneticum et armaturam filandam inducit EMF in armatura filanda, quod impellit currentem electricum per circuitum externum. Commutator commutat directionem currentis in armatura filanda dum rota, ut producat currentem alternantem (CA).

Partes Armaturae & Diagramma

Armatura constat ex quattuor partibus essentialibus: nucleo, filanda, commutatore, et axe. Subter est diagramma illustrans haec membra.

Pertes Armaturae

Armatura in machinis electricis subit varias pertes, diminuentes eius efficaciam et operationem. Haec pertes includunt:

• Pertes cuprei: Hoc est amissio potestatis propter resistentiam armaturae filandae. Proportionalis est quadrato currentis armaturae et reduci potest per usum filorum crassiorum aut viarum parallelarum. Pertes cupreae possunt calculari per formulam:

ubi Pc sunt pertes cupreae, Ia est currentis armaturae, et Ra est resistentia armaturae.

Pertes eddy current: Hoc est amissio potestatis propter currentes inductos in nucleo armaturae. Hi currentes causati sunt per fluxum magneticum mutabilem et producunt calorem et pertes magneticas. Pertes eddy current reduci possunt per usum materialium laminatorum aut incrementum spatii aeris. Pertes eddy current possunt calculari per formulam:

ubi Pe sunt pertes eddy current, ke est constantia dependens a materiali et forma nuclei, Bm est densitas fluxus maxima, f est frequentia inversionis fluxus, t est crassitudo cuiusque laminatum, et V est volumen nuclei.

• Pertes hysteresis: Hoc est amissio potestatis propter magnetizationem et demagnetizationem repetitam nuclei armaturae. Hic processus causat frictionem et calorem in structura moleculari materialis nuclei. Pertes hysteresis reduci possunt per usum materialium magneticorum mollium cum coactivitate parva et permeabilitate magna. Pertes hysteresis possunt calculari per formulam:

ubi Ph sunt pertes hysteresis, kh est constantia dependens a materiali, Bm est densitas fluxus maxima, f est frequentia inversionis fluxus, et V est volumen nuclei.

Pertes totales armaturae obtineri possunt addendo has tres pertes:

Efficacia armaturae definiri potest ut ratio potestatis output ad input armaturae:

ubi ηa est efficacia armaturae, Po est potestas output, et Pi est potestas input armaturae.

Design Armaturae

Design armaturae est crucialis pro performance et efficacia machinae electricae, influente a variis factoribus key:

• Numerus slotarum: Slotae utuntur ad accommodationem armaturae filandae et praebent supportum mechanicum. Numerus slotarum dependet a typo filandae, numero polorum, et magnitudine machinae. Generaliter, plus slotarum resultat in meliore distributione fluxus et currentis, minor reactance et pertes, et torque suavior. Tamen, plus slotarum etiam incrementat pondus et costum armaturae, reducit spatium pro insulatione et refrigeratione, et incrementat fluxum leakage et reactionem armaturae.

• Forma slotarum: Slotae possunt esse apertas aut clausas, secundum an sint exposita ad spatium aeris aut non. Slotae apertae sunt faciliores ad filandum et refrigerandum, sed incrementant reluctance et fluxum leakage in spatio aeris. Slotae clausae sunt difficiliores ad filandum et refrigerandum, sed reducunt reluctance et fluxum leakage in spatio aeris.

• Typus filandae: Filanda potest esse lap winding aut wave winding, secundum modum quo coils connectuntur ad segmenta commutatoris. Lap winding convenit machinis alta-currente et bassa-voltage, quia praebet vias plures parallelas pro fluitu currentis. Wave winding convenit machinis bassa-currente et alta-voltage, quia praebet connectionem series coils et addit voltages.

• Magnitudo conductoris: Conductor utitur ad portandum currentem in armatura filanda. Magnitudo conductoris dependet a current density, quae est ratio currentis ad aream sectionis transversalis. Maior current density resultat in majoribus pertes cupreis et incremento caloris, sed minor costus et pondus conductoris. Minor current density resultat in minoribus pertes cupreis et incremento caloris, sed maior costus et pondus conductoris.

• Longitudo spatii aeris: Spatium aeris est distantia inter stator et rotor polos. Longitudo spatii aeris afficit densitatem fluxus, reluctance, fluxum leakage, et reactionem armaturae in machina. Spatium aeris minus resultat in maiori densitate fluxus, minor reluctance, minor fluxum leakage, et major reactionem armaturae. Spatium aeris maius resultat in minori densitate fluxus, major reluctance, major fluxum leakage, et minor reactionem armaturae.

Design Armaturae (continuatio)

Aliquae methodi utentes ad design armaturae sunt:

• Equatio EMF: Haec equatio relinquit EMF inductum in armatura ad fluxum, velocitatem, et numerum turns filandae. Uti posse ad determinandum dimensiones et parametras armaturae pro data voltage et potestate output.

ubi Ea est EMF inductum in volts, ϕ est fluxus per polem in weberis, Z est numerus totalis conductorum in series, N est celeritas rotationis in rpm, P est numerus polorum, et A est numerus viarum parallelarum.

• Equatio MMF: Haec equatio relinquit magnetomotive force (MMF) productum ab armatura filanda ad currentem et numerum turns filandae. Uti posse ad determinandum currentem et numerum turns pro dato MMF et fluxu.