Ròtora: Definició, Funció i Parts (Motor Elèctric i Generador)
Què és un armatura?
L'armatura és el component d'una màquina elèctrica (és a dir, un motor o un generador) que porta corrent alternada (CA). L'armatura condueix CA fins i tot en màquines de corrent contínua (CC) a través del comutador (que inverteix periòdicament la direcció de la corrent) o degut a la commutació electrònica (per exemple, en un motor de CC sense escovines).
L'armatura proporciona lloguer i suport a l'enrotllament de l'armatura, que interacciona amb el camp magnètic format en el forat d'aire entre el stator i el rotor. El stator pot ser una part rotativa (rotor) o una part estacionària (stator).
El terme armatura va ser introduït al segle XIX com a terme tècnic que significa "guardià d'un imant".
Com funciona l'armatura en un motor elèctric?
Un motor elèctric converteix l'energia elèctrica en energia mecànica utilitzant el principi de la inducció electromagnètica. Quan un conductor portador de corrent es col·loca en un camp magnètic, experimenta una força segons la regla de la mà esquerra de Fleming.
En un motor elèctric, el stator produeix un camp magnètic rotatiu utilitzant imants permanents o electroimants. L'armatura, que normalment és el rotor, porta l'enrotllament de l'armatura que està connectat al comutador i les escovines. El comutador canvia la direcció de la corrent en l'enrotllament de l'armatura mentre gira perquè sempre s'alineï amb el camp magnètic.
La interacció entre el camp magnètic i l'enrotllament de l'armatura genera un moment que fa girar l'armatura. El volant connectat a l'armatura transmet la potència mecànica a altres dispositius.
Com funciona l'armatura en un generador elèctric?
Un generador elèctric converteix l'energia mecànica en energia elèctrica utilitzant el principi de la inducció electromagnètica. Quan un conductor es mou en un camp magnètic, induix una força electromotriu (FEM) segons la llei de Faraday.
En un generador elèctric, l'armatura normalment és el rotor que és impulsat per un motor principal, com ara un motor diesel o una turbina. L'armatura porta l'enrotllament de l'armatura que està connectat al comutador i les escovines. El stator produeix un camp magnètic estacionari utilitzant imants permanents o electroimants.
El moviment relatiu entre el camp magnètic i l'enrotllament de l'armatura induix una FEM en l'enrotllament de l'armatura, que provoca una corrent elèctrica a través del circuit extern. El comutador canvia la direcció de la corrent en l'enrotllament de l'armatura mentre gira perquèprodueix una corrent alternada (CA).
Parts de l'armatura i diagrama
L'armatura consta de quatre parts principals: nucli, enrotllament, comutador i volant. Un diagrama de l'armatura es mostra a continuació.
Pèrdues de l'armatura
L'armatura d'una màquina elèctrica està subjecta a diversos tipus de pèrdues que reben la seva eficiència i rendiment. Els principals tipus de pèrdues de l'armatura són:
Pèrdua de cobre: Aquesta és la pèrdua de potència deguda a la resistència de l'enrotllament de l'armatura. És proporcional al quadrat de la corrent de l'armatura i es pot reduir utilitzant fils més gruixuts o camins paral·lels. La pèrdua de cobre es pot calcular utilitzant la fórmula:
on Pc és la pèrdua de cobre, Ia és la corrent de l'armatura, i Ra és la resistència de l'armatura.
Pèrdua de corrents eddy: Aquesta és la pèrdua de potència deguda als corrents induïts en el nucli de l'armatura. Aquests corrents són causats pel flux magnètic variable i produeixen calor i pèrdues magnètiques. La pèrdua de corrents eddy es pot reduir utilitzant materials de nucli laminats o augmentant el forat d'aire. La pèrdua de corrents eddy es pot calcular utilitzant la fórmula:
on Pe és la pèrdua de corrents eddy, ke és una constant que depèn del material i forma del nucli, Bm és la densitat de flux màxima, f és la freqüència de reversió del flux, t és l'espessor de cada laminació, i V és el volum del nucli.
Pèrdua de histeresis: Aquesta és la pèrdua de potència deguda a la magnetització i desmagnetització repetitives del nucli de l'armatura. Aquest procés causa fricció i calor en l'estructura molecular del material del nucli. La pèrdua de histeresis es pot reduir utilitzant materials magnètics molsos amb coercivitat baixa i permeabilitat alta. La pèrdua de histeresis es pot calcular utilitzant la fórmula:
on Ph és la pèrdua de histeresis, kh és una constant que depèn del material del nucli, Bm és la densitat de flux màxima, f és la freqüència de reversió del flux, i V és el volum del nucli.
La pèrdua total de l'armatura es pot obtenir sumant aquestes tres pèrdues:
L'eficiència de l'armatura es pot definir com la raó entre la potència de sortida i la potència d'entrada de l'armatura:
on ηa és l'eficiència de l'armatura, Po és la potència de sortida, i Pi és la potència d'entrada de l'armatura.
Disseny de l'armatura
El disseny de l'armatura afecta el rendiment i l'eficiència de la màquina elèctrica. Alguns dels factors que influeixen en el disseny de l'armatura són:
El nombre de ranures: Les ranures s'utilitzen per allotjar l'enrotllament de l'armatura i proporcionar suport mecànic. El nombre de ranures depèn del tipus d'enrotllament, el nombre de pols i la mida de la màquina. Generalment, més ranures resulten en millor distribució de flux i corrent, menor reactància i pèrdues, i un moment més suau. No obstant això, més ranures també incrementen el pes i el cost de l'armatura, redueixen l'espai per a aïllament i refrigeració, i incrementen el flux de fugida i la reacció de l'armatura.
La forma de les ranures: Les ranures poden estar obertes o tancades, depenent de si estan exposades al forat d'aire o no. Les ranures obertes són més fàcils de bobinar i refredar, però incrementen la reluctància i el flux de fugida en el forat d'aire. Les ranures tancades són més difícils de bobinar i refredar, però redueixen la reluctància i el flux de fugida en el forat d'aire.
El tipus d'enrotllament: L'enrotllament pot ser un enrotllament de llap o ona, depenent de com estiguin connectats els coils als segments del comutador. L'enrotllament de llap és adequat per a màquines d'alta corrent i baixa tensió, ja que proporciona múltiples camins paral·lels per al flux de corrent. L'enrotllament d'ona és adequat per a màquines de baixa corrent i alta tensió, ja que proporciona una connexió en sèrie de coils i suma les tensions.
La mida del conductor: El conductor s'utilitza per portar la corrent en l'enrotllament de l'armatura. La mida del conductor depèn de la densitat de corrent, que és la raó entre la corrent i l'àrea de secció transversal. Una major densitat de corrent resulta en una major pèrdua de cobre i elevació de temperatura, però un menor cost i pes del conductor. Una menor densitat de corrent resulta en una menor pèrdua de cobre i elevació de temperatura, però un major cost i pes del conductor.
La longitud del forat d'aire: El forat d'aire és la distància entre els pols del stator i el rotor. La longitud del forat d'aire afecta la densitat de flux, la reluctància, el flux de fugida i la reacció de l'armatura en la màquina. Un forat d'aire més petit resulta en una major densitat de flux, menor reluctància, menor flux de fugida i major reacció de l'armatura. Un forat d'aire més gran resulta en una menor densitat de flux, major reluctància, major flux de fugida i menor reacció de l'armatura.
Disseny de l'armatura (continuació)
Alguns dels mètodes utilitzats per dissenyar l'armatura són:
Equació de FEM: Aquest
