Armature: Maelezo, Kazi na Sehemu

Nini ni Armature?

Armature ni sehemu ya mifumo ya umeme (yaani, mikinio au generator) ambayo inaleta umeme wa mzunguko (AC). Armature huunda AC hata katika mikinio ya DC (Umeme Mstari) kupitia commutator (ambaye mara kwa mara huweka umeme kwenye mzunguko) au kutokana na electronic commutation (kama vile katika mkinio bila brushi wa DC).

Armature hutambua nyumba na usaidizi kwa armature winding, ambayo huinteract na maelezo ya umeme yanayotengenezwa katika namba ya stator na rotor. Stator inaweza kuwa sehemu inayozunguka (rotor) au sehemu inayosimama (stator).

Maelezo ya armature ilianzishwa mwaka wa 19 kama maneno ya teknolojia yana maana ya “keeper of a magnet”.

Jinsi Armature Inafanya Kazi katika Mkinio wa Umeme?

Mkinio wa umeme hutengeneza nishati ya umeme kwa nishati ya nguvu kupitia electromagnetic induction. Hii hutokea wakati conductor unayena umeme katika maelezo ya umeme anavyofanyika kusukuma, kama lililoandikwa kwa Fleming’s left-hand rule.

Katika mkinio wa umeme, stator hunengesha maelizo ya umeme yanayozunguka kwa kutumia magnets zotelewevu au electromagnets. Armature, ambayo ni mara nyingi rotor, ina armature winding yenye uhusiano na commutator na brushes. Commutator hupindisha mzunguko wa umeme katika armature winding ikipiga ili iwe sawa na maelizo ya umeme.

Uhusiano wa maelizo ya umeme na armature winding hutengeneza torque ambayo husababisha armature kukagua. Shaft uliyokuwa na armature hutoletea nishati ya nguvu kwa vifaa vingine.

Jinsi Armature Inafanya Kazi katika Generator ya Umeme?

Generator wa umeme hutengeneza nishati ya umeme kutoka kwa nishati ya nguvu kutumia sifa za electromagnetic induction. Waktu conductor anavyoenda katika maelizo ya umeme, huunda electromotive force (EMF) kulingana na Faraday’s law.

Katika generator wa umeme, armature ni mara nyingi rotor ambaye unadirishwa na prime mover, kama vile meseni ya diesel au turbine. Armature ina armature winding yenye uhusiano na commutator na brushes. Stator hunengesha maelizo ya umeme yanayosimama kwa kutumia magnets zotelewevu au electromagnets.

Uhusiano wa maelizo ya umeme na armature winding huunda EMF katika armature winding, ambayo huchukua umeme kwenye circuit lenye nje. Commutator hupindisha mzunguko wa umeme katika armature winding ikipiga ili ipate alternating current (AC).

Sehemu za Armature & Ramani

Armature imetengenezwa na sehemu tano muhimu: core, winding, commutator, na shaft. Chini ni ramani inayoelezea hizi sehemu.

Matukio ya Armature

Armature katika mifumo ya umeme inapata matukio kadhaa, yanayopunguza ufanisi wake na ufanyiko wake. Matukio haya yana:

• Copper loss: Hii ni matukio ya nguvu kutokana na resistance ya armature winding. Ina uwiano wa mraba wa umeme wa armature na inaweza kupunguzika kutumia vibanda visivya au njia zisizovunjika. Copper loss inaweza kupata kwa kutumia formula:

ambapo Pc ni copper loss, Ia ni umeme wa armature, na Ra ni resistance ya armature.

Eddy current loss: Hii ni matukio ya nguvu kutokana na umeme waliundwa katika core ya armature. Umeme hawa wanachukuliwa na mawazo yanayobadilika flux na kunywesha moto na matukio ya umeme. Eddy current loss inaweza kupunguzika kutumia core materials vilivyolaminated au kuongeza air gap. Eddy current loss inaweza kupata kwa kutumia formula:

ambapo Pe ni eddy current loss, ke ni constant unayefanana na core material na shape, Bm ni maximum flux density, f ni frequency ya flux reversal, t ni thickness ya kila lamination, na V ni volume ya core.

• Hysteresis loss: Hii ni matukio ya nguvu kutokana na magarama ya magnetization na demagnetization ya core ya armature. Mchakato huu unachukua mafuta na moto katika molecular structure ya core material. Hysteresis loss inaweza kupunguzika kutumia soft magnetic materials wenye low coercivity na high permeability. Hysteresis loss inaweza kupata kwa kutumia formula:

ambapo Ph ni hysteresis loss, kh ni constant unayefanana na core material, Bm ni maximum flux density, f ni frequency ya flux reversal, na V ni volume ya core.

Matukio yote ya armature yanaweza kupata kwa kuongeza matukio mengi:

Ufanisi wa armature unaweza kutambuliwa kama uwiano wa output power na input power ya armature:

ambapo ηa ni ufanisi wa armature, Po ni output power, na Pi ni input power ya armature.

Uundaji wa Armature

Uundaji wa armature ni muhimu kwa ufanyiko na ufanisi wa mifumo ya umeme, unayebadilika kwa sababu kadhaa muhimu:

• Idadi ya slots: Slots zinafikiwa kutambua armature winding na kutumaini msaada wa kimkoa. Idadi ya slots inategemea aina ya winding, idadi ya poles, na ukubwa wa machine. Mara nyingi, slots zaidi zinafaidhi ya kubora mzunguko wa flux na umeme, reactance ndogo na matukio, na torque safi. Lakini, slots zaidi pia zinazidi uzito na gharama za armature, kupunguza nafasi ya insulation na cooling, na kuongeza leakage flux na armature reaction.

• Aina ya slots: Slots zinaweza kuwa opened au closed, kulingana na iki ni exposed kwa air gap au siyo. Open slots ni rahisi zaidi kufikiwa na cooling, lakini zinazidi reluctance na leakage flux katika air gap. Closed slots ni vigumu zaidi kufikiwa na cooling, lakini zinapunguza reluctance na leakage flux katika air gap.

• Aina ya winding: Winding inaweza kuwa lap wound au wave wound, kulingana na jinsi coils zinaunganishwa na commutator segments. Lap winding ni nzuri kwa machines zenye umeme mkubwa na voltage chache, kama inatumia njia nyingi za parallel paths kwa mzunguko wa umeme. Wave winding ni nzuri kwa machines zenye umeme ndogo na voltage kubwa, kama inatumia uunganisho wa series wa coils na kuongeza voltages.

• Ukubwa wa conductor: Conductor unatumika kuleta umeme katika armature winding. Ukubwa wa conductor unategemea current density, ambayo ni uwiano wa umeme na cross-sectional area. Current density kubwa ina matukio ya copper kubwa na temperature rise, lakini gharama ndogo na uzito wa conductor. Current density ndogo ina matukio ya copper ndogo na temperature rise, lakini gharama kubwa na uzito wa conductor.

• Urefu wa air gap: Air gap ni umbali kati ya stator na rotor poles. Urefu wa air gap unaathiri flux density, reluctance, leakage flux, na armature reaction katika machine. Air gap ndogo ina flux density kubwa, reluctance ndogo, leakage flux ndogo, na armature reaction kubwa. Air gap kubwa ina flux density ndogo, reluctance kubwa, leakage flux kubwa, na armature reaction ndogo.

Tuzo