Арматура: Дефиниција, функција и делови

Што е арматура?

Арматурата е компонент на електрична машина (тј. мотор или генератор) кој носи променлива струја (AC). Арматурата проводи AC и во DC (Direct Current) машините преку комутатор (кој периодично меѓусменува насоката на струјата) или поради електронско комутирање (нпр. во бесчекичен DC мотор).

Арматурата овозможува домашинство и поддршка за арматурскиот виткање, кој интерагира со магнетното поле формирано во ваздушен зазор помеѓу статорот и роторот. Статорот може да биде или ротирачки дел (ротор) или станувачки дел (статор).

Терминот арматура беше воведен во 19 век како технички термин значејќи „сохранувач на магнет“.

Како функционира арматурата во електричен мотор?

Електричниот мотор трансформира електрична енергија во механична енергија преку електромагнетна индукција. Ова се случува кога проводник кој носи струја во магнетно поле е силно преместен, како што е објаснето со Флеминговата лева-рукава правила.

Во електричниот мотор, статорот произведува ротирачко магнетно поле со користење на постојан магнет или електромагнет. Арматурата, која обично е ротор, носи арматурско виткање поврзано со комутатор и чекици. Комутаторот меѓусменува насоката на струјата во арматурското виткање додека тоа ротира, така што тоа секогаш е ускладено со магнетното поле.

Интеракцијата помеѓу магнетното поле и арматурското виткање генерира момент кој го прави арматурата да ротира. Вратилото поврзано со арматурата пренесува механичната моќ до други уреди.

Како функционира арматурата во електричен генератор?

Електричниот генератор конвертира механична енергија во електрична енергија со користење на принципот на електромагнетна индукција. Кога проводник се движи во магнетно поле, тој индуцира електромотивна сила (EMF) според Фарадеев закон.

Во електричниот генератор, арматурата обично е ротор кој е задвижуван од првичен движител, како дизелен агрегат или турбина. Арматурата носи арматурско виткање поврзано со комутатор и чекици. Статорот произведува стационарно магнетно поле со користење на постојан магнет или електромагнет.

Релативното движење помеѓу магнетното поле и арматурското виткање индуцира EMF во арматурското виткање, што ја привлака електричната струја низ надворешниот цеп. Комутаторот меѓусменува насоката на струјата во арматурското виткање додека тоа ротира, така што тоа произведува променлива струја (AC).

Делови на арматура и дијаграм

Арматурата е составена од четири основни компоненти: јадро, виткање, комутатор и вратило. Подолу е дијаграм кој илустрира овие делови.

Губитоци на арматура

Арматурата во електрични машини има неколку губитоци, кои намалуваат нејзината ефикасност и перформанса. Овие губитоци вклучуваат:

• Меден губиток: Овој е губиток на моќ поради отпорот на арматурското виткање. Тој е пропорционален на квадратот на арматурската струја и може да се намали со користење на дебели жици или паралелни патишта. Медниот губиток може да се пресмета со формулата:

каде Pc е медниот губиток, Ia е арматурската струја, а Ra е арматурскиот отпор.

Губиток на едди струја: Овој е губиток на моќ поради индуцираните струи во јадрото на арматурата. Овие струи се причинети од менливото магнетно ток и произведуваат топлина и магнетни губитоци. Губитокот на едди струја може да се намали со користење на ламинирани јадрен материјали или со зголемување на ваздушен зазор. Губитокот на едди струја може да се пресмета со формулата:

каде Pe е губиток на едди струја, ke е константа зависна од јадрен материјал и форма, Bm е максимална густина на ток, f е фреквенција на меѓусменување на ток, t е дефинитивна дебелина на секоја ламина, а V е волумен на јадрото.

• Губиток на хистерезис: Овој е губиток на моќ поради повторно намагнетување и демагнетување на јадрото на арматурата. Овој процес предизвикува трка и топлина во молекуларната структура на јадрен материјал. Губитокот на хистерезис може да се намали со користење на меки магнетни материјали со ниска коерцитивна сила и висока пропушливост. Губитокот на хистерезис може да се пресмета со формулата:

каде Ph е губиток на хистерезис, kh е константа зависна од јадрен материјал, Bm е максимална густина на ток, f е фреквенција на меѓусменување на ток, а V е волумен на јадрото.

Со собирање на овие три губитоци се добива тоталниот губиток на арматура:

Ефикасноста на арматура може да се дефинира како количник на излезната моќ на влезната моќ на арматура:

каде ηa е ефикасноста на арматура, Po е излезната моќ, а Pi е влезната моќ на арматура.

Дизајн на арматура

Дизајнот на арматура е важен за перформансата и ефикасноста на електричната машина, влијаен од неколку клучни фактори:

• Бројот на слотови: Слотовите се користат за прифаќање на арматурско виткање и давање механичка поддршка. Бројот на слотови зависи од типот на виткање, бројот на полова и големината на машината. Обично, повеќе слотови доведуваат до подобро распределување на ток и ток, ниж реактивност и губитоци, и гладок момент. Меѓутоа, повеќе слотови исто така зголемуваат тежината и цената на арматура, намалуваат просторот за изолација и хлађење, и зголемуваат протечната струја и реакцијата на арматура.

• Формата на слотови: Слотовите можат да бидат отворени или затворени, в зависност од тоа дали се изложени на ваздушен зазор или не. Отворените слотови се лесни за виткање и хлађење, но зголемуваат одговорноста и протечната струја во ваздушен зазор. Затворените слотови се тешки за виткање и хлађење, но намалуваат одговорноста и протечната струја во ваздушен зазор.

• Типот на виткање: Виткањето може да биде лап виткање или вал виткање, в зависност од начинот на поврзување на катушките со сегменти на комутаторот. Лап виткањето е подоцени за машини со висока струја и ниска напон, бидејќи овозможува многу паралелни патишта за проток на струја. Вал виткањето е подоцени за машини со ниска струја и висок напон, бидејќи овозможува серијско поврзување на катушките и ги сумира напоните.

• Поддршка