Armatur: Kahulugan Pagsasagawa at mga Bahagi

Ano ang Armature?

Ang armature ay ang bahagi ng isang elektrikong makina (halimbawa, isang motor o generator) na nagdadala ng alternating current (AC). Ang armature ay nagdidirekta ng AC kahit sa DC (Direct Current) na mga makina sa pamamagitan ng commutator (na nagsasalamin ng direksyon ng current nang regular) o dahil sa elektronikong commutation (halimbawa, sa isang brushless DC motor).

Ang armature ay nagbibigay ng tirahan at suporta sa armature winding, na nag-uugnay sa magnetic field na nabuo sa air gap sa pagitan ng stator at rotor. Ang stator maaaring mag-rotate (rotor) o hindi gumagalaw (stator).

Ang terminong armature ay ipinakilala noong ika-19 na siglo bilang teknikal na termino na may kahulugan na “keeper of a magnet”.

Paano Gumagana ang Armature sa Isang Elektrikong Motor?

Ang isang elektrikong motor ay nagbabago ng elektrikong enerhiya sa mekanikal na enerhiya sa pamamagitan ng electromagnetic induction. Ito ay nangyayari kapag ang isang current-carrying conductor sa loob ng magnetic field ay inuutos na gumalaw, tulad ng ipinaliwanag ng Fleming’s left-hand rule.

Sa isang elektrikong motor, ang stator ay nagbibigay ng rotating magnetic field sa pamamagitan ng permanenteng magneto o electromagneto. Ang armature, na karaniwang rotor, ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang commutator ay nagsuswitch ng direksyon ng current sa armature winding habang ito ay umuugoy upang ito ay laging sumasabay sa magnetic field.

Ang interaksiyon sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay nagbibigay ng torque na nagdudulot ng pag-rotate ng armature. Ang shaft na nakakabit sa armature ay nagpapasa ng mekanikal na lakas sa iba pang mga device.

Paano Gumagana ang Armature sa Isang Elektrikong Generator?

Isang generator ng kuryente ay nagpapalit ng enerhiyang mekanikal sa enerhiyang elektriko gamit ang prinsipyong elektromagnetikong induksyon. Kapag lumipat ang isang konduktor sa loob ng magnetic field, ito ay nag-iinduk ng electromotive force (EMF) ayon sa batas ni Faraday.

Sa isang generator ng kuryente, ang armature ay karaniwang ang rotor na pinapatakbo ng isang pangunahing motor, tulad ng diesel engine o turbine. Ang armature ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang stator ay nagsisilbing magbigay ng istasyonaryong magnetic field gamit ang permanenteng magnet o electromagnets.

Ang relasyon ng paggalaw sa pagitan ng magnetic field at ang armature winding ay nag-iinduk ng EMF sa armature winding, na nagpapatakbo ng electric current sa pamamagitan ng panlabas na circuit. Ang commutator ay nagbabago ng direksyon ng current sa armature winding habang ito ay umuikot upang mabuo ang alternating current (AC).

Mga Bahagi ng Armature & Diagram

Ang armature ay binubuo ng apat na pangunahing bahagi: ang core, winding, commutator, at shaft. Sa ibaba ay isang diagram na nagpapakita ng mga bahaging ito.

Mga Pagkawala ng Armature

Ang armature sa mga makina ng kuryente ay may ilang pagkawala, na bumabawas sa kanyang epektividad at performance. Ang mga pagkawalang ito ay kasama:

• Copper loss: Ito ang pagkawala ng lakas dahil sa resistance ng armature winding. Ito ay proporsyonal sa kwadrado ng armature current at maaaring bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng mas malaking wire o parallel paths. Ang copper loss ay maaaring ikalkula gamit ang formula:

kung saan Pc ang copper loss, Ia ang armature current, at Ra ang armature resistance.

Eddy current loss: Ito ang pagkawala ng lakas dahil sa mga induced currents sa core ng armature. Ang mga current na ito ay dulot ng pagbabago ng magnetic flux at nagbibigay ng init at magnetic losses. Ang eddy current loss ay maaaring bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng laminated core materials o pagsapawan ng air gap. Ang eddy current loss ay maaaring ikalkula gamit ang formula:

kung saan Pe ang eddy current loss, ke ang constant depende sa core material at hugis, Bm ang maximum flux density, f ang frequency ng flux reversal, t ang thickness ng bawat lamination, at V ang volume ng core.

• Pagkawala ng hysteresis: Ito ang pagkawala ng lakas dahil sa paulit-ulit na pagmamagnetize at pagdemagnetize ng core ng armature. Ang prosesong ito ay nagdudulot ng pagkasira at init sa molecular na istraktura ng materyal ng core. Maaaring bawasan ang pagkawala ng hysteresis sa pamamagitan ng paggamit ng malambot na magnetic na materyales na may mababang coercivity at mataas na permeability. Maaaring ikalkula ang pagkawala ng hysteresis gamit ang formula:

kung saan ang Ph ay ang pagkawala ng hysteresis, kh ay isang konstante na depende sa materyal ng core, Bm ay ang pinakamataas na flux density, f ay ang frequency ng pagbabago ng flux, at V ay ang volume ng core.

Maaaring makuhang ang kabuuang pagkawala ng armature sa pamamagitan ng pagdaragdag ng tatlong pagkawala na ito:

Maaaring ilarawan ang epektibidad ng armature bilang ang ratio ng output power sa input power ng armature:

kung saan ang ηa ay ang epektibidad ng armature, Po ay ang output power, at Pi ay ang input power ng armature.

Disenyo ng Armature

Ang disenyo ng armature ay mahalaga para sa performance at epektibidad ng electric machine, na naapektuhan ng ilang pangunahing factor:

• Ang bilang ng mga slot: Ginagamit ang mga slot upang i-accommodate ang armature winding at magbigay ng mechanical support. Ang bilang ng mga slot ay depende sa uri ng winding, ang bilang ng mga poles, at ang laki ng machine. Sa pangkalahatan, mas maraming slots ay nagreresulta sa mas mahusay na distribusyon ng flux at current, mas mababa ang reactance at pagkawala, at mas smooth ang torque. Gayunpaman, mas maraming slots din ay nagdudulot ng mas mabigat at mas mahal na armature, binabawasan ang espasyo para sa insulation at cooling, at nagdudulot ng mas maraming leakage flux at armature reaction.

• Ang hugis ng mga slot: Maaaring bukas o sarado ang mga slot, depende kung exposed sila sa air gap o hindi. Mas madali ang mga open slots na i-wind at i-cool, ngunit sila ay nagdudulot ng mas mataas na reluctance at leakage flux sa air gap. Mas mahirap ang mga closed slots na i-wind at i-cool, ngunit sila ay nagbawas ng reluctance at leakage flux sa air gap.

• Ang uri ng winding: Maaaring lap wound o wave wound ang winding, depende kung paano konektado ang mga coil sa commutator segments. Ang lap winding ay angkop para sa high-current at low-voltage machines, dahil nagbibigay ito ng maraming parallel paths para sa pagflow ng current. Ang wave winding ay angkop para sa low current at high voltage machines, dahil nagbibigay ito ng series connection ng coils at nagdadagdag ng voltages.

• Ang laki ng conductor: Ginagamit ang conductor upang dalhin ang current sa armature winding. Ang laki ng conductor ay depende sa current density, na ang ratio ng current sa cross-sectional area. Mas mataas na current density ay nagreresulta sa mas mataas na copper loss at temperature rise, ngunit mas mababang conductor cost at weight. Mas mababang current density ay nagreresulta sa mas mababang copper loss at temperature rise, ngunit mas mataas na conductor cost at weight.

• Ang haba ng air gap: Ang air gap ay ang distansya sa pagitan ng stator at rotor poles. Ang haba ng air gap ay nakakaapekto sa flux density, reluctance, leakage flux, at armature reaction sa makina. Mas maliit na air gap nagreresulta sa mas mataas na flux density, mas mababang reluctance, mas mababang leakage flux, at mas mataas na armature reaction. Mas malaking air gap nagreresulta sa mas mababang flux density, mas mataas na reluctance, mas mataas na leakage flux, at mas mababang armature reaction.

Pagdidisenyo ng Armature (pagpapatuloy)

Ang ilan sa mga paraan na ginagamit sa pagdidisenyo ng armature ay:

• EMF equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay sa induced EMF sa armature sa flux, speed, at bilang ng turns ng winding. Ito ay maaaring gamitin upang matukoy ang kinakailangang dimensyon at mga parameter ng armature para sa isang ibinigay na output voltage at power.

kung saan ang Ea ay ang induced EMF sa volts, ϕ ay ang flux per pole sa webers, Z ay ang kabuuang bilang ng conductors in series, N ay ang speed of rotation sa rpm, P ay ang bilang ng poles, at A ay ang bilang ng parallel paths.

• MMF equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay sa magnetomotive force (MMF) na nilikha ng armature winding sa current at bilang ng turns ng winding. Ito ay maaaring gamitin upang matukoy ang kinakailangang current at bilang ng turns para sa isang ibinigay na MMF at flux.

kung saan ang Fa ay ang MMF sa ampere-turns, Ia ay ang armature current sa amperes, Z ay ang kabuuang bilang ng conductors in series, at A ay ang bilang ng parallel paths.

• Torque equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay sa torque na nilikha ng armature sa power at speed of rotation. Ito ay maaaring gamitin upang matukoy ang kinakailangang power at speed para sa isang ibinigay na torque at load.

kung saan ang T ay ang torque sa Newton meters, P ay ang power sa watts, at ω ay ang angular speed sa radians per second.

Kawalan

Ang armature, isang mahalagang komponente ng mga electric machine, ay nagdadala ng alternating current at sumasama sa magnetic field. Binubuo ito ng core, winding, commutator, at shaft, at gumagana ito bilang motor o generator upang i-convert ang mga anyo ng enerhiya.

Ang disenyo ng armature ay nakakaapekto sa performance at efficiency ng makina, at ito ay maaaring matukoy sa pamamagitan ng iba't ibang equations na may kaugnayan sa EMF, MMF, at torque. Ang armature ay din nararanasan ng iba't ibang losses tulad ng copper loss, eddy current loss, at hysteresis loss, na bumababa sa output power nito at tumataas ang temperatura nito. Ang armature ay maaaring ma-test para sa anumang faults o damages sa pamamagitan ng pagsukat ng resistance, continuity, at insulation. Ang armature ay malawakang ginagamit sa iba't ibang aplikasyon tulad ng industrial machines, household appliances, vehicles, at power generation.

Pahayag: Igalang ang orihinal, ang mga magagandang artikulo ay karapat-dapat na ibahagi, kung mayroong pagsasamantalang ipinapahayag mangyaring makipag-ugnayan para sa pagtanggal.