อาร์มาเจอร์: นิยาม ฟังก์ชัน และส่วนประกอบ

อะไรคืออาร์มาเจอร์?

อาร์มาเจอร์ เป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรไฟฟ้า (เช่น มอเตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ที่นำกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) อาร์มาเจอร์สามารถนำกระแสไฟฟ้าสลับได้แม้ในเครื่องจักรกระแสตรง (DC) ผ่านคอมมิวเทเตอร์ (ซึ่งเปลี่ยนทิศทางกระแสเป็นระยะๆ) หรือการคอมมิวเทชันแบบอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น ในมอเตอร์ DC ไร้แปรง)

อาร์มาเจอร์ให้ที่อยู่อาศัยและสนับสนุนการพันลวดอาร์มาเจอร์ ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในช่องว่างระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ สเตเตอร์อาจเป็นส่วนหมุน (โรเตอร์) หรือส่วนคงที่ (สเตเตอร์)

คำว่าอาร์มาเจอร์ถูกนำมาใช้ในศตวรรษที่ 19 เป็นคำศัพท์ทางเทคนิคที่หมายถึง "ผู้ดูแลแม่เหล็ก"

อาร์มาเจอร์ทำงานอย่างไรในมอเตอร์ไฟฟ้า?

มอเตอร์ไฟฟ้าแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลโดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวนำภายในสนามแม่เหล็ก โดยอธิบายตามกฎของเฟลมิงซ้ายมือ

ในมอเตอร์ไฟฟ้า สเตเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ โดยใช้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า อาร์มาเจอร์ ซึ่งมักจะเป็นโรเตอร์ บรรจุพันลวดอาร์มาเจอร์ที่เชื่อมต่อกับคอมมิวเทเตอร์และแปรง คอมมิวเทเตอร์เปลี่ยนทิศทางกระแสในพันลวดอาร์มาเจอร์ขณะหมุนเพื่อให้สอดคล้องกับสนามแม่เหล็กเสมอ

การสัมผัสระหว่างสนามแม่เหล็กและพันลวดอาร์มาเจอร์สร้างแรงบิดทำให้อาร์มาเจอร์หมุน เพลาที่ต่อเข้ากับอาร์มาเจอร์ส่งพลังงานกลไปยังอุปกรณ์อื่นๆ

อาร์มาเจอร์ทำงานอย่างไรในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า?

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้หลักการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อมีตัวนำเคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก จะเกิดแรงดันไฟฟ้า (EMF) ตามกฎหมายของฟาเรเดย์

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อาร์มาเจอร์มักจะเป็นโรเตอร์ที่ถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์หลัก เช่น เครื่องยนต์ดีเซลหรือเทอร์ไบน์ อาร์มาเจอร์บรรจุพันลวดอาร์มาเจอร์ที่เชื่อมต่อกับคอมมิวเทเตอร์และแปรง สเตเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กรอบๆ โดยใช้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า

การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและพันลวดอาร์มาเจอร์ทำให้เกิด EMF ในพันลวดอาร์มาเจอร์ ซึ่งขับกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรภายนอก คอมมิวเทเตอร์เปลี่ยนทิศทางกระแสในพันลวดอาร์มาเจอร์ขณะหมุนเพื่อให้ผลิตกระแสสลับ (AC)

ส่วนประกอบและแผนภาพของอาร์มาเจอร์

อาร์มาเจอร์ประกอบด้วยส่วนสำคัญสี่ส่วน: แกนกลาง พันลวด คอมมิวเทเตอร์ และเพลา ด้านล่างนี้เป็นแผนภาพที่แสดงส่วนต่างๆ นี้

การสูญเสียของอาร์มาเจอร์

อาร์มาเจอร์ในเครื่องจักรไฟฟ้ามีการสูญเสียหลายประเภท ทำให้ประสิทธิภาพและการทำงานลดลง การสูญเสียเหล่านี้รวมถึง:

• การสูญเสียทองแดง: เป็นการสูญเสียพลังงานจากการต้านทานของพันลวดอาร์มาเจอร์ มันเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสอาร์มาเจอร์ และสามารถลดลงโดยใช้สายไฟที่หนาหรือเส้นทางขนาน การสูญเสียทองแดงสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

เมื่อ Pc คือการสูญเสียทองแดง Ia คือกระแสอาร์มาเจอร์ และ Ra คือความต้านทานอาร์มาเจอร์

การสูญเสียกระแสเวียน: เป็นการสูญเสียพลังงานจากการกระทำของกระแสที่เกิดขึ้นในแกนกลางของอาร์มาเจอร์ กระแสเหล่านี้เกิดจากสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงและสร้างความร้อนและสูญเสียแม่เหล็ก การสูญเสียกระแสเวียนสามารถลดลงโดยใช้วัสดุแกนที่มีชั้นบางๆ หรือเพิ่มช่องว่างอากาศ การสูญเสียกระแสเวียนสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

เมื่อ Pe คือการสูญเสียกระแสเวียน ke คือค่าคงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุและรูปร่างของแกน Bm คือความหนาแน่นของฟลักซ์สูงสุด f คือความถี่ของการกลับฟลักซ์ t คือความหนาของแต่ละชั้น และ V คือปริมาณของแกน

• การสูญเสียฮิสเทอรีสิส: เป็นการสูญเสียพลังงานจากการทำให้แม่เหล็กในแกนกลางของอาร์มาเจอร์กลับไปกลับมา กระบวนการนี้สร้างแรงเสียดทานและความร้อนในโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุแกน การสูญเสียฮิสเทอรีสิสสามารถลดลงโดยใช้วัสดุแม่เหล็กที่มีความอ่อนและมีความต้านทานต่ำ การสูญเสียฮิสเทอรีสิสสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

เมื่อ Ph คือการสูญเสียฮิสเทอรีสิส kh คือค่าคงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุ Bm คือความหนาแน่นของฟลักซ์สูงสุด f คือความถี่ของการกลับฟลักซ์ และ V คือปริมาณของแกน

การสูญเสียอาร์มาเจอร์ทั้งหมดสามารถได้จากการบวกการสูญเสียทั้งสาม:

ประสิทธิภาพของอาร์มาเจอร์สามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนระหว่างกำลังออกและกำลังเข้าของอาร์มาเจอร์:

เมื่อ ηa คือประสิทธิภาพของอาร์มาเจอร์ Po คือกำลังออก และ Pi คือกำลังเข้าของอาร์มาเจอร์

การออกแบบอาร์มาเจอร์

การออกแบบอาร์มาเจอร์เป็นสิ่งสำคัญสำหรับประสิทธิภาพและการทำงานของเครื่องจักรไฟฟ้า ซึ่งได้รับอิทธิพลจากปัจจัยสำคัญหลายประการ:

• จำนวนช่อง: ช่องเหล่านี้ใช้สำหรับรองรับพันลวดอาร์มาเจอร์และให้การสนับสนุนทางกล จำนวนช่องขึ้นอยู่กับชนิดของพันลวด จำนวนขั้ว และขนาดของเครื่องจักร ทั่วไปแล้ว ช่องมากขึ้นจะทำให้การกระจายฟลักซ์และกระแสดีขึ้น ความต้านทานและการสูญเสียน้อยลง และแรงบิดราบรื่นขึ้น อย่างไรก็ตาม ช่องมากขึ้นจะทำให้น้ำหนักและต้นทุนของอาร์มาเจอร์เพิ่มขึ้น ลดพื้นที่สำหรับฉนวนและระบบระบายความร้อน และเพิ่มฟลักซ์รั่วและปฏิกิริยาอาร์มาเจอร์

• รูปทรงของช่อง: ช่องสามารถเปิดหรือปิดได้ ขึ้นอยู่กับว่ามันเปิดออกไปยังช่องว่างอากาศหรือไม่ ช่องเปิดจะง่ายต่อการพันและระบายความร้อน แต่จะเพิ่มความต้านทานและฟลักซ์รั่วในช่องว่างอากาศ ช่องปิดจะยากต่อการพันและระบายความร้อน แต่จะลดความต้านทานและฟลักซ์รั่วในช่องว่างอากาศ

• ชนิดของพันลวด: พันลวดสามารถเป็นพันลวดแบบลาปหรือพันลวดแบบเวฟ ขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมต่อโคイルกับเซกเมนต์คอมมิวเทเตอร์ พันลวดแบบลาปเหมาะสำหรับเครื่องจักรกระแสสูงและแรงดันต่ำ เพราะมันให้เส้นทางขนานสำหรับกระแสหลายเส้นทาง พันลวดแบบเวฟเหมาะสำหรับเครื่องจักรกระแสต่ำและแรงดันสูง เพราะมันให้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของโคイルและเพิ่มแรงดัน

• ขนาดของตัวนำ: ตัวนำใช้สำหรับนำกระแสในพันลวดอาร์มาเจอร์ ขนาดของตัวนำขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของกระแส ซึ่งเป็นอัตราส่วนระหว่างกระแสกับพื้นที่ภาคตัดขวาง ความหนาแน่นของกระแสสูงขึ้นจะทำให้การสูญเสียทองแดงและความร้อนเพิ่มขึ้น แต่ต้นทุนและน้ำหนักของตัวนำลดลง ความหนาแน่นของกระแสต่ำลงจะทำให้การสูญเสียทองแดงและความร้อนลดลง แต่ต้นทุนและน้ำหนักของตัวนำเพิ่มขึ้น

• ความยาวของช่องว่างอากาศ: ช่องว่างอากาศคือระยะห่างระหว่างขั้วสเตเตอร์และโรเตอร์ ความยาวของช่องว่างอากาศมีผลต่อความหนาแน่นของฟลักซ์ ความต้านทาน ฟลักซ์รั่ว และปฏิกิริยาอาร์มาเจอร์ในเครื่องจักร ช่องว่างอากาศเล็กจะทำให้ความหนาแน่นของฟลักซ์สูงขึ้น ความต้านทานน้อยลง ฟลักซ์รั่วน้อยลง และปฏิกิริยาอาร์มาเจอร์สูงขึ้น ช่องว่างอากาศใหญ่จะทำให้ความหนาแน่นของฟลักซ์น้อยลง ความต้านทานสูงขึ้น ฟลักซ์รั่วสูงขึ้น และปฏิกิริยาอาร์มาเจอ