Rôto: Định nghĩa, chức năng và các bộ phận
Cái Gì là Armature?
Armature là thành phần của máy điện (ví dụ, động cơ hoặc máy phát) mang dòng điện xoay chiều (AC). Armature dẫn dòng AC ngay cả trên máy DC (Dòng Điện Một Chiều) thông qua commutator (điều chỉnh định kỳ hướng dòng điện) hoặc do commutation điện tử (ví dụ, trong động cơ không chổi than DC).
Armature cung cấp vỏ bọc và hỗ trợ cho cuộn dây armature, tương tác với trường từ hình thành trong khoảng cách giữa stator và rotor. Stator có thể là phần quay (rotor) hoặc phần tĩnh (stator).
Thuật ngữ armature được giới thiệu vào thế kỷ 19 như một thuật ngữ kỹ thuật có nghĩa là "người giữ nam châm".
Armature Làm Việc Như Thế Nào Trong Động Cơ Điện?
Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học thông qua cảm ứng điện từ. Điều này xảy ra khi một dẫn lưu mang dòng điện nằm trong trường từ bị ép phải di chuyển, như được giải thích bởi quy tắc tay trái của Fleming.
Trong động cơ điện, stator tạo ra trường từ quay bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Armature, thường là rotor, mang cuộn dây armature kết nối với commutator và chổi than. Commutator chuyển hướng dòng điện trong cuộn dây armature khi nó quay để luôn đối xứng với trường từ.
Sự tương tác giữa trường từ và cuộn dây armature tạo ra mô-men xoắn khiến armature quay. Trục gắn với armature chuyển năng lượng cơ học đến các thiết bị khác.
Armature Làm Việc Như Thế Nào Trong Máy Phát Điện?
Máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện bằng cách sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi một dẫn lưu di chuyển trong trường từ, nó tạo ra lực điện động (EMF) theo luật Faraday.
Trong máy phát điện, armature thường là rotor được điều khiển bởi một động cơ chính, như động cơ diesel hoặc tua-bin. Armature mang cuộn dây armature kết nối với commutator và chổi than. Stator tạo ra trường từ tĩnh bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện.
Sự di chuyển tương đối giữa trường từ và cuộn dây armature tạo ra EMF trong cuộn dây armature, thúc đẩy dòng điện qua mạch ngoại vi. Commutator chuyển hướng dòng điện trong cuộn dây armature khi nó quay để tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).
Các Phần Của Armature & Sơ Đồ
Armature bao gồm bốn thành phần chính: lõi, cuộn dây, commutator và trục. Dưới đây là sơ đồ minh họa các phần này.
Các Mất Mát Của Armature
Armature trong máy điện chịu nhiều mất mát, làm giảm hiệu suất và hiệu quả. Các mất mát bao gồm:
Mất mát đồng: Đây là mất mát công suất do điện trở của cuộn dây armature. Nó tỷ lệ thuận với bình phương của dòng armature và có thể giảm bằng cách sử dụng dây dày hơn hoặc đường dẫn song song. Mất mát đồng có thể tính bằng công thức:
trong đó Pc là mất mát đồng, Ia là dòng armature, và Ra là điện trở armature.
Mất mát dòng điện xoáy: Đây là mất mát công suất do dòng điện cảm ứng trong lõi của armature. Những dòng điện này do sự thay đổi lưu lượng từ gây ra và tạo ra nhiệt và mất mát từ. Mất mát dòng điện xoáy có thể giảm bằng cách sử dụng vật liệu lõi phân lớp hoặc tăng khoảng cách không khí. Mất mát dòng điện xoáy có thể tính bằng công thức:
trong đó Pe là mất mát dòng điện xoáy, ke là hằng số phụ thuộc vào vật liệu và hình dạng lõi, Bm là mật độ lưu lượng từ tối đa, f là tần số đảo ngược luồng từ, t là độ dày của mỗi lớp, và V là thể tích lõi.
Mất mát do hysteresis: Đây là mất mát công suất do quá trình từ hóa và phi từ hóa liên tục của lõi armature. Quá trình này gây ma sát và nhiệt trong cấu trúc phân tử của vật liệu lõi. Mất mát do hysteresis có thể giảm bằng cách sử dụng vật liệu từ mềm có độ co cực thấp và độ thấm từ cao. Mất mát do hysteresis có thể tính bằng công thức:
trong đó Ph là mất mát do hysteresis, kh là hằng số phụ thuộc vào vật liệu lõi, Bm là mật độ lưu lượng từ tối đa, f là tần số đảo ngược luồng từ, và V là thể tích lõi.
Tổng mất mát armature có thể được tính bằng cách cộng ba mất mát này:
Hiệu suất armature có thể được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của armature:
trong đó ηa là hiệu suất armature, Po là công suất đầu ra, và Pi là công suất đầu vào của armature.
Thiết Kế Armature
Thiết kế armature rất quan trọng đối với hiệu suất và hiệu quả của máy điện, được ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố chính:
Số khe: Các khe được sử dụng để chứa cuộn dây armature và cung cấp hỗ trợ cơ học. Số khe phụ thuộc vào loại cuộn dây, số cực, và kích thước máy. Thông thường, nhiều khe hơn sẽ phân phối luồng từ và dòng điện tốt hơn, phản kháng và mất mát thấp hơn, và mô-men xoắn mượt mà hơn. Tuy nhiên, nhiều khe cũng tăng trọng lượng và chi phí của armature, giảm không gian cho cách điện và làm mát, và tăng luồng rò và phản ứng armature.
Hình dạng khe: Các khe có thể mở hoặc đóng, tùy thuộc vào việc chúng có tiếp xúc với khoảng cách không khí hay không. Khe mở dễ quấn và làm mát hơn, nhưng tăng độ chống từ và luồng rò trong khoảng cách không khí. Khe đóng khó quấn và làm mát hơn, nhưng giảm độ chống từ và luồng rò trong khoảng cách không khí.
Loại cuộn dây: Cuộn dây có thể là lap wound hoặc wave wound, tùy thuộc vào cách các cuộn dây được kết nối với các đoạn commutator. Cuộn dây lap wound phù hợp cho máy dòng lớn và điện áp thấp, vì nó cung cấp nhiều đường dẫn song song cho dòng điện. Cuộn dây wave wound phù hợp cho máy dòng nhỏ và điện áp cao, vì nó cung cấp kết nối series của các cuộn dây và cộng dồn điện áp.
Kích thước dây dẫn: Dây dẫn được sử dụng để dẫn dòng điện trong cuộn dây armature. Kích thước dây dẫn phụ thuộc vào mật độ dòng điện, là tỷ lệ giữa dòng điện và diện tích mặt cắt ngang. Mật độ dòng điện cao hơn dẫn đến mất mát đồng và tăng nhiệt cao hơn, nhưng chi phí và trọng lượng dây dẫn thấp hơn. Mật độ dòng điện thấp hơn dẫn đến mất mát đồng và tăng nhiệt thấp hơn, nhưng chi phí và trọng lượng dây dẫn cao hơn.
Chiều dài khoảng cách không khí: Khoảng cách không khí là khoảng cách giữa stator và rotor. Chiều dài khoảng cách không khí ảnh hưởng đến mật độ luồng từ, độ chống từ, luồng rò, và phản ứng armature trong máy. Khoảng cách không khí nhỏ hơn dẫn đến mật độ luồng từ cao hơn, độ chống từ thấp hơn, luồng rò thấp hơn, và phản ứng armature cao hơn. Khoảng cách không khí lớn hơn dẫn đến mật độ luồng từ thấp hơn, độ chống từ cao hơn, luồng rò cao hơn, và phản ứng armature thấp hơn.
