Αρματοφόρο: Ορισμός, Λειτουργία και Μέρη (Ηλεκτρικό Μοτέρ & Γεννήτρια)

Τι είναι ένας αρμάτουρος;

Ο αρμάτουρος είναι το συστατικό κομμάτι μιας ηλεκτρικής μηχανής (δηλαδή, μοτέρ ή γεννήτριας) που μεταφέρει εναλλακτική ρεύμα (AC). Ο αρμάτουρος μεταφέρει AC ακόμη και σε DC (Συνεχές Ρεύμα) μηχανές μέσω του κομμουτάτορα (που περιοδικά αντιστρέφει την κατεύθυνση του ρεύματος) ή λόγω ηλεκτρονικής κομμουτάτσιας (π.χ., σε άνεμο DC μοτέρ).

Ο αρμάτουρος παρέχει στέγη και υποστήριξη στο πλέξιμο του αρμάτουρου, το οποίο δραστηριοποιείται με το μαγνητικό πεδίο που δημιουργείται στην ατμοσφαιρική διάζευξη μεταξύ του στάτορα και του ρότορα. Ο στάτορας μπορεί να είναι είτε μετακινούμενο μέρος (ρότορας) είτε σταθερό μέρος (στάτορας).

Η έννοια του αρμάτουρου εισήχθη στο 19ο αιώνα ως τεχνικός όρος με σημασία "διατηρητής μαγνήτου".

Πώς λειτουργεί ο αρμάτουρος σε ηλεκτρικό μοτέρ;

Ένα ηλεκτρικό μοτέρ μετατρέπει ηλεκτρική ενέργεια σε μηχανική ενέργεια χρησιμοποιώντας την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Όταν ένας διάγωνης που φέρει ρεύμα τοποθετείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, εμπειρεύεται μια δύναμη σύμφωνα με τον κανόνα της αριστερής χειρός του Fleming.

Σε ένα ηλεκτρικό μοτέρ, ο στάτορας παράγει ένα περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας μόνιμα μαγνήτη ή ηλεκτρομαγνήτες. Ο αρμάτουρος, που συνήθως είναι ο ρότορας, φέρει το πλέξιμο του αρμάτουρου που είναι συνδεδεμένο με τον κομμουτάτορα και τα ζεστά. Ο κομμουτάτορας αλλάζει την κατεύθυνση του ρεύματος στο πλέξιμο του αρμάτουρου καθώς περιστρέφεται, ώστε να είναι πάντα συντονισμένο με το μαγνητικό πεδίο.

Η αλληλεπίδραση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και του πλέξιμου του αρμάτουρου παράγει μια ροπή που προκαλεί την περιστροφή του αρμάτουρου. Το πίνακα που είναι συνδεδεμένο με τον αρμάτουρο μεταφέρει τη μηχανική ισχύ σε άλλα συστήματα.

Πώς λειτουργεί ο αρμάτουρος σε ηλεκτρική γεννήτρια;

Μια ηλεκτρική γεννήτρια μετατρέπει μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενέργεια χρησιμοποιώντας την αρχή της ηλεκτρομαγνητικής επαγωγής. Όταν ένας διάγωνης κινείται σε ένα μαγνητικό πεδίο, επελκύει μια ηλεκτροκινητική δύναμη (EMF) σύμφωνα με τον νόμο του Faraday.

Σε μια ηλεκτρική γεννήτρια, ο αρμάτουρος είναι συνήθως ο ρότορας που ενεργοποιείται από ένα βασικό κινητήρα, όπως έναν πετρελαιοκινητήρα ή μια τουρμπίνα. Ο αρμάτουρος φέρει το πλέξιμο του αρμάτουρου που είναι συνδεδεμένο με τον κομμουτάτορα και τα ζεστά. Ο στάτορας παράγει ένα σταθερό μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιώντας μόνιμα μαγνήτη ή ηλεκτρομαγνήτες.

Η σχετική κίνηση μεταξύ του μαγνητικού πεδίου και του πλέξιμου του αρμάτουρου επελκύει EMF στο πλέξιμο του αρμάτουρου, που οδηγεί σε ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του εξωτερικού κυκλώματος. Ο κομμουτάτορας αλλάζει την κατεύθυνση του ρεύματος στο πλέξιμο του αρμάτουρου καθώς περιστρέφεται ώστενα παράγει εναλλακτικό ρεύμα (AC).

Μέρη και Διάγραμμα Αρμάτουρου

Ο αρμάτουρος αποτελείται από τέσσερα βασικά μέρη: πυρήνα, πλέξιμο, κομμουτάτορα και πίνακα. Ένα διάγραμμα του αρμάτουρου είναι δείχνει παρακάτω.

Απώλειες Αρμάτουρου

Ο αρμάτουρος μιας ηλεκτρικής μηχανής υφίσταται διάφορων τύπων απωλειών που μειώνουν την αποδοτικότητα και την απόδοσή του. Οι κύριες τύποι απωλειών του αρμάτουρου είναι:

• Απώλεια χαλκού: Αυτή είναι η απώλεια ενέργειας λόγω της αντίστασης του πλέξιμου του αρμάτουρου. Είναι ανάλογη με το τετράγωνο του ρεύματος του αρμάτουρου και μπορεί να μειωθεί με τη χρήση πιο παχών καλωδίων ή παράλληλων διαδρομών. Η απώλεια χαλκού μπορεί να υπολογιστεί με τη χρήση της τύπου:

όπου Pc είναι η απώλεια χαλκού, Ia είναι το ρεύμα του αρμάτουρου, και Ra είναι η αντίσταση του αρμάτουρου.

• Απώλεια περιστροφικών ρευμάτων: Αυτή είναι η απώλεια ενέργειας λόγω των επελκυμένων ρευμάτων στον πυρήνα του αρμάτουρου. Αυτά τα ρεύματα προκαλούνται από την αλλαγή του μαγνητικού ροής και παράγουν θερμότητα και μαγνητικές απώλειες. Η απώλεια περιστροφικών ρευμάτων μπορεί να μειωθεί με τη χρήση στρωμένων υλικών πυρήνα ή αυξάνοντας την ατμοσφαιρική διάζευξη. Η απώλεια περιστροφικών ρευμάτων μπορεί να υπολογιστεί με τη χρήση της τύπου:

όπου Pe είναι η απώλεια περιστροφικών ρευμάτων, ke είναι μια σταθερά που εξαρτάται από το υλικό και τη μορφή του πυρήνα, Bm είναι η μέγιστη πυκνότητα ροής, f είναι η συχνότητα αναστροφής ροής, t είναι το πάχος κάθε στρώματος, και V είναι το όγκος του πυρήνα.

• Απώλεια υστερήσεως: Αυτή είναι η απώλεια ενέργειας λόγω της επαναλαμβανόμενης μαγνητοποίησης και απομαγνητοποίησης του πυρήνα του αρμάτουρου. Αυτή η διαδικασία προκαλεί τριβή και θερμότητα στη μοριακή δομή του υλικού του πυρήνα. Η απώλεια υστερήσεως μπορεί να μειωθεί με τη χρήση μαλακών μαγνητικών υλικών με χαμηλή αναγκαστικότητα και υψηλή διασπειρτικότητα. Η απώλεια υστερήσεως μπορεί να υπολογιστεί με τη χρήση της τύπου:

όπου Ph είναι η απώλεια υστερήσεως, kh είναι μια σταθερά που εξαρτάται από το υλικό του