Armature: Pahayag Definision Function Ug Mga Bahin (Electric Motor & Generator)

Ano ang Armature?

Ang armature ay ang bahagi ng isang elektrikong makina (halimbawa, motor o generator) na nagdadala ng alternating current (AC). Ang armature ay nagdaraos ng AC kahit sa DC (Direct Current) machines sa pamamagitan ng commutator (na nagbabago ng direksyon ng kuryente nang regular) o dahil sa electronic commutation (halimbawa, sa brushless DC motor).

Nagbibigay ang armature ng tirahan at suporta sa armature winding, na naginteraksiyon sa magnetic field na nabuo sa air gap sa pagitan ng stator at rotor. Maaaring maging rotating part (rotor) o stationary part (stator) ang stator.

Ang termino na 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 Electric Motor?

Ang electric motor ay nagcoconvert ng electrical energy sa mechanical energy gamit ang principle ng electromagnetic induction. Kapag isinagawa ang current-carrying conductor sa magnetic field, ito ay nakakaranas ng puwersa ayon sa Fleming’s left-hand rule.

Sa isang electric motor, ang stator ay nagpapabuo ng rotating magnetic field gamit ang permanent magnets o electromagnets. Ang armature, na karaniwang rotor, ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang commutator ay nagbabago ng direksyon ng kuryente sa armature winding habang ito ay umiikot upang ito ay laging magkaisa sa magnetic field.

Ang interaksiyon sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay nagpapabuo ng torque na nagdudulot ng pag-ikot ng armature. Ang shaft na nakakabit sa armature ay nagpapadala ng mechanical power sa iba pang mga device.

Paano Gumagana ang Armature sa Isang Electric Generator?

Ang electric generator ay nagcoconvert ng mechanical energy sa electrical energy gamit ang principle ng electromagnetic induction. Kapag umiikot ang conductor sa magnetic field, ito ay nag-iinduce ng electromotive force (EMF) ayon sa Faraday’s law.

Sa isang electric generator, ang armature ay karaniwang rotor na pinapatakbo ng prime mover, tulad ng diesel engine o turbine. Ang armature ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang stator ay nagpapabuo ng stationary magnetic field gamit ang permanent magnets o electromagnets.

Ang relasyon ng paggalaw sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay nag-iinduce ng EMF sa armature winding, na nagpapadala ng electric current sa external circuit. Ang commutator ay nagbabago ng direksyon ng kuryente sa armature winding habang ito ay umiikot upang ito ay nagpapabuo ng alternating current (AC).

Mga Bahagi ng Armature & Diagram

Ang armature ay binubuo ng apat na pangunahing bahagi: core, winding, commutator, at shaft. Nakita sa ibaba ang diagram ng armature.

Mga Pagkawala ng Armature

Ang armature ng isang elektrikong makina ay nasusubok sa iba't ibang uri ng pagkawala na nagbabawas sa kanyang efficiency at performance. Ang mga pangunahing uri ng pagkawala ng armature ay:

• Copper loss: Ito ang power loss dahil sa resistance ng armature winding. Ito ay proporsyonal sa square ng armature current at maaaring bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng mas matatabang wires o parallel paths. Maaaring ikalkula ang copper loss gamit ang formula:

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

• Eddy current loss: Ito ang power loss dahil sa induced currents sa core ng armature. Nagdudulot ang mga currents na ito ng heat at magnetic losses. Maaaring bawasan ang eddy current loss sa pamamagitan ng paggamit ng laminated core materials o pagtaas ng air gap. Maaaring ikalkula ang eddy current loss gamit ang formula:

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

• Hysteresis loss: Ito ang power loss dahil sa repeated magnetization at demagnetization ng core ng armature. Nagdudulot ito ng friction at heat sa molecular structure ng core material. Maaaring bawasan ang hysteresis loss sa pamamagitan ng paggamit ng soft magnetic materials na may mababang coercivity at mataas na permeability. Maaaring ikalkula ang hysteresis loss gamit ang formula:

kung saan Ph ang hysteresis loss, kh ang constant depende sa core material, Bm ang maximum flux density, f ang frequency ng flux reversal, at V ang volume ng core.

Maaaring makalkula ang total armature loss sa pamamagitan ng pagdagdag ng tatlong pagkawala na ito:

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

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

Pagdisenyo ng Armature

Ang disenyo ng armature ay nakakaapekto sa performance at efficiency ng elektrikong makina. Ang ilan sa mga factor na nakakaapekto sa disenyo ng armature ay:

• Ang bilang ng slots: Ginagamit ang slots para mapagbigyan ang armature winding at magbigay ng mechanical support. Dependeng sa tipo ng winding, bilang ng poles, at laki ng makina ang bilang ng slots. Karaniwan, mas maraming slots resulta sa mas mahusay na distribution ng flux at current, mas mababang reactance at losses, at mas smooth na torque. Gayunpaman, mas maraming slots din ay nagdudulot ng mas mabigat at mahal na armature, mas maliit na space para sa insulation at cooling, at mas mataas na leakage flux at armature reaction.

• Ang hugis ng slots: Maaaring bukas o sarado ang slots, depende kung exposed sila sa air gap o hindi. Mas madali ang bukas na slots na windin at cool, ngunit ito ay nagdudulot ng mas mataas na reluctance at leakage flux sa air gap. Mas mahirap ang saradong slots na windin at cool, ngunit ito ay nagbabawas ng reluctance at leakage flux sa air gap.

• Ang tipo ng winding: Maaaring lap wound o wave wound ang winding, depende kung paano konektado ang coils sa commutator segments. Ang lap winding ay suitable para sa high-current at low-voltage machines, dahil ito ay nagbibigay ng multiple parallel paths para sa current flow. Ang wave winding ay suitable para sa low current at high voltage machines, dahil ito ay nagbibigay ng series connection ng coils at nagdadagdag ng voltages.

• Ang laki ng conductor: Ginagamit ang conductor para magdala ng current sa armature winding. Dependeng sa current density, na ang ratio ng current sa cross-sectional area, ang laki ng conductor. Mas mataas na current density resulta sa mas mataas na copper loss at temperature rise, ngunit mas mababang conductor cost at weight. Mas mababang current density resulta 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 resulta sa mas mataas na flux density, mas mababang reluctance, mas mababang leakage flux, at mas mataas na armature reaction. Mas malaking air gap resulta sa mas mababang flux density, mas mataas na reluctance, mas mataas na leakage flux, at mas mababang armature reaction.

Pagdisenyo ng Armature (pagpapatuloy)

Ang ilan sa mga method na ginagamit para disenyo ang 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. Maaari itong gamitin para matukoy ang kinakailangang dimensions at parameters ng armature para sa ibinigay na output voltage at power.

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

• MMF equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay sa magnetomotive force (MMF) na nabuo ng armature winding sa current at bilang ng turns ng winding. Maaari itong gamitin para matukoy ang kinakailangang current at bilang ng turns para sa ibinigay na MMF at flux.