Armatuur: Definisie, Funksie en Dele (Elektriese Motor & Generator)
Wat is 'n armatuur?
'n Armatuur is die komponent van 'n elektriese masjien (d.w.s. 'n motor of generator) wat wisselstroom (AC) dra. Die armatuur lei AC selfs in DC (Direkte Stroom) masjiene via die kommutator (wat periodies die stroomrigting omkeer) of as gevolg van elektroniese kommutering (bv. in 'n borstellose DC-motor).
Die armatuur verskaf huisves en ondersteuning aan die armatuurwindings, wat met die magneetveld interakteer wat in die luggap tussen die stator en rotor gevorm word. Die stator kan óf 'n roterende deel (rotor) óf 'n statiese deel (stator) wees.
Die term armatuur is in die 19de eeu as 'n tegniese term bekendgestel wat "houer van 'n magneet" beteken het.
Hoe werk 'n armatuur in 'n elektriese motor?
'n Elektriese motor verander elektriese energie in meganiese energie deur gebruik te maak van die beginsel van elektromagnetiese induksie. Wanneer 'n stroomdraende geleier in 'n magneetveld geplaas word, ondervind dit 'n krag volgens Fleming se linkerhandreël.
In 'n elektriese motor produseer die stator 'n roterende magneetveld deur gebruik te maak van permanente magneete of elektromagneete. Die armatuur, wat gewoonlik die rotor is, dra die armatuurwindings wat aan die kommutator en borstels gekoppel is. Die kommutator verander die rigting van die stroom in die armatuurwindings terwyl dit roteer sodat dit altyd in lyn is met die magneetveld.
Die interaksie tussen die magneetveld en die armatuurwindings genereer 'n koppeling wat die armatuur laat roteer. Die as wat aan die armatuur gekoppel is, oordra die meganiese krag na ander toestelle.
Hoe werk 'n armatuur in 'n elektriese generator?
'n Elektriese generator verander meganiese energie in elektriese energie deur gebruik te maak van die beginsel van elektromagnetiese induksie. Wanneer 'n geleier in 'n magneetveld beweeg, induseer dit 'n elektromotiewe krag (EMF) volgens Faraday se wet.
In 'n elektriese generator is die armatuur gewoonlik die rotor wat deur 'n primaire drijver, soos 'n dieselmotor of 'n turbine, gedryf word. Die armatuur dra die armatuurwindings wat aan die kommutator en borstels gekoppel is. Die stator produseer 'n statiese magneetveld deur gebruik te maak van permanente magneete of elektromagneete.
Die relatiewe beweging tussen die magneetveld en die armatuurwindings induseer 'n EMF in die armatuurwindings, wat 'n elektriese stroom deur die buitekruislingse sirkel dryf. Die kommutator verander die rigting van die stroom in die armatuurwindings terwyl dit roteer sodat dit 'n wisselstroom (AC) produseer.
Armatuurdele & Skets
Die armatuur bestaan uit vier hoofdele: kern, winding, kommutator, en as. 'n Skets van 'n armatuur word hieronder getoon.
Armatuurverliese
Die armatuur van 'n elektriese masjien word blootgestel aan verskeie tipes verliese wat sy doeltreffendheid en prestasie verminder. Die hooftipes armatuurverliese is:
Koperverlies: Dit is die kragverlies as gevolg van die weerstand van die armatuurwindings. Dit is eweredig aan die kwadraat van die armatuurstroom en kan verminder word deur dikker drade of parallelle paaie te gebruik. Die koperverlies kan bereken word deur die formule te gebruik:
waar Pc die koperverlies is, Ia die armatuurstroom, en Ra die armatuurweerstand.
Swaelstroomverlies: Dit is die kragverlies as gevolg van die geïnduseerde ströme in die kern van die armatuur. Hierdie ströme word veroorsaak deur die veranderende magneetveldfluxe en produseer hitte en magneetverliese. Die swaelstroomverlies kan verminder word deur gelamineerde kernmateriaal of 'n groter luggap te gebruik. Die swaelstroomverlies kan bereken word deur die formule te gebruik:
waar Pe die swaelstroomverlies is, ke 'n konstante afhangend van die kernmateriaal en vorm, Bm die maksimum fluxdigtheid, f die frekwensie van fluxomkeer, t die dikte van elke lamineer, en V die volume van die kern.
Histereseverlies: Dit is die kragverlies as gevolg van die herhaalde magnetisering en demagnetisering van die kern van die armatuur. Hierdie proses veroorsaak wrywing en hitte in die molekulêre struktuur van die kernmateriaal. Die histereseverlies kan verminder word deur sagte magneetmateriaal met lae koersiviteit en hoë permeabiliteit te gebruik. Die histereseverlies kan bereken word deur die formule te gebruik:
waar Ph die histereseverlies is, kh 'n konstante afhangend van die kernmateriaal, Bm die maksimum fluxdigtheid, f die frekwensie van fluxomkeer, en V die volume van die kern.
Die totale armatuurverlies kan verkry word deur hierdie drie verliese by mekaar te tel:
Die armatuurdoeltreffendheid kan gedefinieer word as die verhouding van die uitvoerkrag tot die invoerkrag van die armatuur:
waar ηa die armatuurdoeltreffendheid, Po die uitvoerkrag, en Pi die invoerkrag van die armatuur is.
Armatuurontwerp
Die ontwerp van die armatuur beïnvloed die prestasie en doeltreffendheid van die elektriese masjien. Sommige van die faktore wat die armatuurontwerp beïnvloed, is:
Die aantal gleufte: Die gleufte word gebruik om die armatuurwindings te akkommodeer en verskaf meganiese ondersteuning. Die aantal gleufte hang af van die tipe winding, die aantal polusse, en die grootte van die masjien. Algemeen gesproke, meer gleufte lei tot beter verspreiding van flux en stroom, laer reaksie en verliese, en gladder koppeling. Maar, meer gleufte verhoog ook die gewig en koste van die armatuur, verminder die spasie vir isolering en afkoeling, en verhoog die lekflux en armatuurreaksie.
Die vorm van gleufte: Die gleufte kan oop of toe wees, afhangend daarvan of hulle blootgestel is aan die luggap of nie. Oop gleufte is makliker om te wind en af te koel, maar verhoog die weerstand en lekflux in die luggap. Toe gleufte is moeiliker om te wind en af te koel, maar verminder die weerstand en lekflux in die luggap.
Die tipe winding: Die winding kan 'n lapwinding of golfwinding wees, afhangend van hoe die spoels aan die kommutatorsegmente gekoppel word. Lapwinding is geskik vir hoë-stroom en lae-spanningsmasjiene, omdat dit verskeie parallelle paaie vir stroomverskynsel bied. Golfwinding is geskik vir lae stroom en hoë spanningsmasjiene, omdat dit 'n reeksverbinding van spoels bied en die spandings optel.
Die grootte van die geleier: Die geleier word gebruik om die stroom in die armatuurwindings te dra. Die grootte van die geleier hang af van die stroomdigtheid, wat die verhouding van stroom tot kruisvlakarea is. Hoër stroomdigtheid lei tot hoër koperverlies en temperatuurstyg, maar laer geleiderskoste en -gewig. Laer stroomdigtheid lei tot laer koperverlies en temperatuurstyg, maar hoër geleiderskoste en -gewig.
Die lengte van die luggap: Die luggap is die afstand tussen die stator- en rotorpolusse. Die lengte van die luggap beïnvloed die fluxdigtheid, weerstand, lekflux, en armatuurreaksie in die masjien. 'n Kleinere luggap lei tot hoër fluxdigtheid, laer weerstand, laer lekflux, en hoër armatuurreaksie. 'n Groter luggap lei tot laer fluxdigtheid, hoër weerstand, hoër lekflux, en laer armatuurreaksie.
Armatuurontwerp (verder)
Sommige van die metodes wat gebruik word om die armatuur te ontwerp, is:
EMF-vergelyking: Hierdie vergelyking verbind die geïnduseerde EMF in die armatuur met die flux, spoed, en aantal windinge. Dit kan gebruik word om die vereiste dimensies en parameters van die armatuur vir 'n gegewe uitvoerspanning en krag te bepaal.
waar Ea die geïnduseerde EMF in volt is, ϕ die flux per polus in webers, Z die totale aantal geleiers in reeks, N die spoed van rotasie in omwenteling per minuut, P die aantal polusse, en A die aantal parallelle paaie.
