Armatur: Definisi Fungsi dan Bahagian
Apakah Armature?
Armature adalah komponen mesin elektrik (misalnya, motor atau generator) yang membawa arus bolak-balik (AC). Armature menghantar AC bahkan pada mesin DC (Arus Searah) melalui komutator (yang secara berkala membalikkan arah arus) atau berkat komutasi elektronik (contohnya, dalam motor DC tanpa sikat).
Armature menyediakan perumahan dan sokongan kepada lilitan armature, yang berinteraksi dengan medan magnet yang terbentuk di ruang udara antara stator dan rotor. Stator boleh menjadi bahagian yang berputar (rotor) atau bahagian yang tetap (stator).
Istilah armature diperkenalkan pada abad ke-19 sebagai istilah teknikal yang bermaksud "penjaga magnet".
Bagaimana Cara Kerja Armature dalam Motor Elektrik?
Motor elektrik mentransformasikan tenaga elektrik menjadi tenaga mekanik melalui induksi elektromagnet. Ini berlaku apabila penghantar yang membawa arus berada dalam medan magnet dipaksa bergerak, seperti yang dijelaskan oleh hukum tangan kiri Fleming.
Dalam motor elektrik, stator menghasilkan medan magnet berputar dengan menggunakan magnet permanen atau electromagnet. Armature, yang biasanya merupakan rotor, membawa lilitan armature yang disambungkan ke komutator dan sikat. Komutator menukar arah arus dalam lilitan armature semasa ia berputar supaya selalu sejajar dengan medan magnet.
Interaksi antara medan magnet dan lilitan armature menghasilkan tork yang menyebabkan armature berputar. Pergeser yang dilampirkan pada armature mentransfer tenaga mekanik ke peranti lain.
Bagaimana Cara Kerja Armature dalam Generator Elektrik?
Generator elektrik menukar tenaga mekanik menjadi tenaga elektrik dengan menggunakan prinsip induksi elektromagnet. Apabila penghantar bergerak dalam medan magnet, ia menginduksi daya gerak elektromagnet (EMF) mengikut hukum Faraday.
Dalam generator elektrik, armature biasanya adalah rotor yang digerakkan oleh pemacu utama, seperti enjin diesel atau turbin. Armature membawa lilitan armature yang disambungkan ke komutator dan sikat. Stator menghasilkan medan magnet yang statis dengan menggunakan magnet permanen atau electromagnet.
Pergerakan relatif antara medan magnet dan lilitan armature menginduksi EMF dalam lilitan armature, yang mendorong arus elektrik melalui litar luar. Komutator menukar arah arus dalam lilitan armature semasa ia berputar supaya menghasilkan arus bolak-balik (AC).
Bahagian Armature & Rajah
Armature terdiri daripada empat komponen penting: inti, lilitan, komutator, dan pergeser. Di bawah adalah rajah yang menggambarkan bahagian-bahagian ini.
Kehilangan Armature
Armature dalam mesin elektrik mengalami beberapa kehilangan, mengurangkan kecekapan dan prestasinya. Kehilangan-kehilangan ini termasuk:
Kehilangan tembaga: Ini adalah kehilangan kuasa disebabkan oleh rintangan lilitan armature. Ia berkadar dengan kuasa dua arus armature dan boleh dikurangkan dengan menggunakan wayar yang lebih tebal atau laluan paralel. Kehilangan tembaga boleh dikira dengan menggunakan formula:
di mana Pc adalah kehilangan tembaga, Ia adalah arus armature, dan Ra adalah rintangan armature.
Kehilangan arus eddy: Ini adalah kehilangan kuasa disebabkan oleh arus yang terinduksi dalam inti armature. Arus-arus ini disebabkan oleh perubahan fluks magnet dan menghasilkan haba dan kehilangan magnet. Kehilangan arus eddy boleh dikurangkan dengan menggunakan bahan inti yang berlapis atau menambah ruang udara. Kehilangan arus eddy boleh dikira dengan menggunakan formula:
di mana Pe adalah kehilangan arus eddy, ke adalah pemalar bergantung pada bahan dan bentuk inti, Bm adalah ketumpatan fluks maksimum, f adalah frekuensi pembalikan fluks, t adalah ketebalan setiap lapisan, dan V adalah isipadu inti.
Kehilangan histeresis: Ini adalah kehilangan kuasa disebabkan oleh pemagnetan dan demagnetan berulang-ulang inti armature. Proses ini menyebabkan geseran dan haba dalam struktur molekul bahan inti. Kehilangan histeresis boleh dikurangkan dengan menggunakan bahan magnet lembut dengan koersiviti rendah dan permeabiliti tinggi. Kehilangan histeresis boleh dikira dengan menggunakan formula:
di mana Ph adalah kehilangan histeresis, kh adalah pemalar bergantung pada bahan inti, Bm adalah ketumpatan fluks maksimum, f adalah frekuensi pembalikan fluks, dan V adalah isipadu inti.
Jumlah kehilangan armature boleh diperoleh dengan menambah ketiga-tiga kehilangan ini:
Kecekapan armature boleh ditakrifkan sebagai nisbah kuasa output kepada kuasa input armature:
di mana ηa adalah kecekapan armature, Po adalah kuasa output, dan Pi adalah kuasa input armature.
Reka Bentuk Armature
Reka bentuk armature sangat penting untuk prestasi dan kecekapan mesin elektrik, dipengaruhi oleh beberapa faktor kunci:
Bilangan slot: Slot digunakan untuk menempatkan lilitan armature dan memberikan sokongan mekanikal. Bilangan slot bergantung pada jenis lilitan, bilangan kutub, dan saiz mesin. Secara umum, slot yang lebih banyak menghasilkan penyebaran fluks dan arus yang lebih baik, reaktans yang lebih rendah, dan kehilangan yang lebih rendah, serta tork yang lebih licin. Namun, slot yang lebih banyak juga meningkatkan berat dan kos armature, mengurangkan ruang untuk isolasi dan pendinginan, dan meningkatkan fluks bocor dan reaksi armature.
Bentuk slot: Slot boleh dibuka atau ditutup, bergantung pada sama ada mereka terdedah kepada ruang udara atau tidak. Slot terbuka lebih mudah untuk lilitan dan pendinginan, tetapi meningkatkan kerendahan hati dan fluks bocor dalam ruang udara. Slot tertutup lebih sukar untuk lilitan dan pendinginan, tetapi mengurangkan kerendahan hati dan fluks bocor dalam ruang udara.
Jenis lilitan: Lilitan boleh menjadi lilitan lap atau lilitan gelombang, bergantung pada cara koil disambungkan ke segmen komutator. Lilitan lap sesuai untuk mesin arus tinggi dan voltan rendah, kerana ia menyediakan pelbagai laluan paralel untuk aliran arus. Lilitan gelombang sesuai untuk arus rendah dan voltan tinggi, kerana ia menyediakan sambungan siri koil dan menambah voltan.
Saiz penghantar: Penghantar digunakan untuk membawa arus dalam lilitan armature. Saiz penghantar bergantung pada ketumpatan arus, yang merupakan nisbah arus kepada luas keratan rentas. Ketumpatan arus yang lebih tinggi menghasilkan kehilangan tembaga dan kenaikan suhu yang lebih tinggi, tetapi kos dan berat penghantar yang lebih rendah. Ketumpatan arus yang lebih rendah menghasilkan kehilangan tembaga dan kenaikan suhu yang lebih rendah, tetapi kos dan berat penghantar yang lebih tinggi.
Panjang ruang udara: Ruang udara adalah jarak antara kutub stator dan rotor. Panjang ruang udara mempengaruhi ketumpatan fluks, kerendahan hati, fluks bocor, dan reaksi armature dalam mesin. Ruang udara yang lebih kecil menghasilkan ketumpatan fluks yang lebih tinggi, kerendahan hati yang lebih rendah, fluks bocor yang lebih rendah, dan reaksi armature yang lebih tinggi. Ruang udara yang lebih besar menghasilkan ketumpatan fluks yang lebih rendah, kerendahan hati yang lebih tinggi, fluks bocor yang lebih tinggi, dan reaksi armature yang lebih rendah.
Reka Bentuk Armature (terus)
Beberapa kaedah yang digunakan untuk merancang armature adalah:
Persamaan EMF: Persamaan ini menghubungkan EMF yang terinduksi dalam armature dengan fluks, kelajuan, dan bilangan putaran lilitan. Ia boleh digunakan untuk menentukan dimensi dan parameter armature yang diperlukan untuk voltan dan kuasa output tertentu.
di mana Ea adalah EMF yang terinduksi dalam volt, ϕ adalah fluks per kutub dalam weber, Z adalah jumlah penghantar bersiri, N adalah kelajuan putaran dalam rpm, P adalah bilangan kutub, dan A adalah bilangan laluan paralel.
