Bobin: Tanım, Fonksiyon ve Parçaları
Armature Nedir?
Bir armature, elektrik makinesinin (örneğin, bir motor veya jeneratör) parçasıdır ve alternatif akımı taşır (AC). Armature, DC (Doğrudan Akım) makinelerinde bile komütatör aracılığıyla (akım yönünü periyodik olarak tersine çevirerek) veya elektronik komütasyon yoluyla (örneğin, fırçalı olmayan DC motorunda) AC'yi iletir.
Armature, stator ile rotor arasındaki hava boşluğunda oluşturulan manyetik alanla etkileşime giren armature sarımı için konut ve destek sağlar. Stator, dönen bir parçayken (rotor) veya sabit bir parçayken (stator) olabilir.
Armature terimi, 19. yüzyılda "magneti koruyucu" anlamına gelen bir teknik terim olarak tanıtıldı.
Bir Elektrik Motorunda Armature Nasıl Çalışır?
Bir elektrik motoru, Fleming'in sol el kuralı tarafından açıklanan şekilde, manyetik alanda akım taşıyan bir iletken zorlanarak hareket ederken, elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür.
Bir elektrik motorunda, stator kalıcı mıknatıslar veya elektromıknatıslar kullanarak dönen bir manyetik alan üretir. Genellikle rotordan oluşan armature, komütatöre ve fırçalara bağlı olan armature sarımını taşır. Komütatör, armature sarımındaki akımın yönünü, her zaman manyetik alanla hizalanacak şekilde döndürerek değiştirir.
Manyetik alan ile armature sarımı arasındaki etkileşim, armaturenin dönmeye neden olan bir tork üretir. Armaturene bağlı şaft, mekanik gücü diğer cihazlara aktarır.
Bir Elektrik Jeneratöründe Armature Nasıl Çalışır?
Bir elektrik jeneratörü, Faraday yasası uyarınca bir iletken manyetik alanda hareket ederken, elektromotif kuvvet (EMK) oluşturarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.
Bir elektrik jeneratöründe, armature genellikle dizel motor veya türbin gibi bir ana itici tarafından sürülen rotor olur. Armature, komütatöre ve fırçalara bağlı olan armature sarımını taşır. Stator, kalıcı mıknatıslar veya elektromıknatıslar kullanarak sabit bir manyetik alan üretir.
Manyetik alan ile armature sarımı arasındaki göreceli hareket, armature sarımında bir EMK oluşturur ve dış devrede bir elektrik akımını sürükler. Komütatör, armature sarımındaki akımın yönünü, dönerken bir alternatif akım (AC) üretmek üzere değiştirir.
Armature Parçaları ve Diyagramı
Armature, çekirdek, sarım, komütatör ve şaft olmak üzere dört temel bileşenden oluşur. Aşağıda bu parçaları gösteren bir diyagram bulunmaktadır.
Armature Kayıpları
Elektrik makinelerindeki armature, verimliliğini ve performansını azaltan çeşitli kayıplar yaşar. Bu kayıplar şunları içerir:
Bakır kaybı: Bu, armature sarımının direnci nedeniyle oluşan güç kaybıdır. Bakır kaybı, armature akımının karesine orantılıdır ve daha kalın tel veya paralel yollar kullanılarak azaltılabilir. Bakır kaybı, aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
burada Pc bakır kaybı, Ia armature akımı ve Ra armature dirençtir.
Eddy akım kaybı: Bu, armature çekirdeğindeki değişen manyetik akım nedeniyle oluşan güç kaybıdır. Bu akımlar, ısı ve manyetik kayıplar oluşturur. Eddy akım kaybı, lamine çekirdek malzemeleri kullanılması veya hava boşluğunun artırılması yoluyla azaltılabilir. Eddy akım kaybı, aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
burada Pe eddy akım kaybı, ke çekirdek malzemesi ve şekline bağlı bir sabit, Bm maksimum akım yoğunluğu, f akım tersine dönüşünün frekansı, t her bir laminasyonun kalınlığı ve V çekirdeğin hacmidir.
Histeresis kaybı: Bu, armature çekirdeğinin tekrarlanan mıknatıslanması ve demıknatıslanması nedeniyle oluşan güç kaybıdır. Bu süreç, çekirdek malzemesinin moleküler yapısında sürtünme ve ısı oluşturur. Histeresis kaybı, düşük zorlayıcı ve yüksek geçirgenliğe sahip yumuşak manyetik malzemeler kullanılarak azaltılabilir. Histeresis kaybı, aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
burada Ph histeresis kaybı, kh çekirdek malzemesine bağlı bir sabit, Bm maksimum akım yoğunluğu, f akım tersine dönüşünün frekansı ve V çekirdeğin hacmidir.
Toplam armature kaybı, bu üç kaybın toplanmasıyla elde edilebilir:
Armature verimliliği, armaturenin çıkış gücünün giriş gücüne oranı olarak tanımlanabilir:
burada ηa armature verimliliği, Po çıkış gücü ve Pi armaturenin giriş gücüdür.
Armature Tasarımı
Armature tasarımı, elektrik makinesinin performansı ve verimliliği için kritiktir ve birkaç ana faktör tarafından etkilidir:
Yuva sayısı: Yuvalar, armature sarımını barındırır ve mekanik destek sağlar. Yuva sayısı, sarım tipine, pol sayılarına ve makinenin boyutuna bağlıdır. Genel olarak, daha fazla yuva, akım ve akım yoğunluğunun daha iyi dağılımını, daha düşük reaktans ve kayıpları, ve daha pürüzsüz bir tork sağlar. Ancak, daha fazla yuva aynı zamanda armaturenin ağırlığını ve maliyetini artırır, yalıtım ve soğutma için alanı azaltır ve sızıntı akımını ve armature reaksiyonunu artırır.
Yuva şekli: Yuvalar, hava boşluğuna maruz kalıp kalmadıklarına bağlı olarak açık veya kapalı olabilir. Açık yuvalar, sarım ve soğutmayı kolaylaştırır, ancak hava boşluğundaki direnç ve sızıntı akımını artırır. Kapalı yuvalar, sarım ve soğutmayı zorlaştırır, ancak hava boşluğundaki direnç ve sızıntı akımını azaltır.
Sarım tipi: Sarım, komütatör segmentlerine nasıl bağlandığına bağlı olarak lap sarımı veya dalga sarımı olabilir. Lap sarımı, yüksek akım ve düşük voltajlı makineler için uygundur, çünkü akım akışı için birden fazla paralel yol sağlar. Dalga sarımı, düşük akım ve yüksek voltajlı makineler için uygundur, çünkü bobinlerin seri bağlantısı ile gerilimleri toplar.
İletkenin boyutu: İletken, armature sarımında akımı taşır. İletkenin boyutu, akım yoğunluğuna, yani kesit alanına göre akım oranına bağlıdır. Daha yüksek akım yoğunluğu, daha yüksek bakır kaybı ve sıcaklık artışına neden olur, ancak daha düşük iletken maliyeti ve ağırlığı sağlar. Daha düşük akım yoğunluğu, daha düşük bakır kaybı ve sıcaklık artışına neden olur, ancak daha yüksek iletken maliyeti ve ağırlığı sağlar.
Hava boşluğunun uzunluğu: Hava boşluğu, stator ve rotor poleri arasındaki mesafedir. Hava boşluğunun uzunluğu, makinedeki akım yoğunluğu, direnç, sızıntı akımı ve armature reaksiyonunu etkiler. Daha kısa hava boşluğu, daha yüksek akım yoğunluğuna, daha düşük direnç, daha düşük sızıntı akımı ve daha yüksek armature reaksiyonuna neden olur. Daha uzun hava boşluğu, daha düşük akım yoğunluğuna, daha yüksek direnç, daha yüksek sızıntı akımı ve daha düşük armature reaksiyonuna neden olur.
Armature Tasarımı (devamı)
Armature tasarımı için kullanılan bazı yöntemler şunlardır:
EMK denklemi: Bu denklem, armaturede induksiyon edilen EMK'yi akım yoğunluğu, hız ve sarımın bobin sayısına ilişkilendirir. Belirli bir çıkış gerilimi ve güç için armaturenin gerekli boyutlarını ve parametrelerini belirlemek için kullanılabilir.
burada Ea indüklenmiş EMK (volt), ϕ pol başına akım (weber), Z serideki toplam iletken sayısı, N dönme hızı (rpm), P pol sayısı ve A paralel yol sayısıdır.
