Armatuur: Definitsioon funktsioon ja osad (Elektrimootor & Generaator)
Mis on armatuur?
Armatuur on elektrilise seadme (nt mootor või geneerija) komponent, mis kandab vaikeste voolu (AC). Armatuur joonatab AC isegi DC (Direct Current) masinates kaudu kommutaatorit (mis perioodiliselt pöörab voolu suunda) või elektroonilise kommutatsiooni (nt siirdega DC mootoris).
Armatuur pakub armatuuri nihutusele toitu ja tuge, mis suhtleb magneetväljaga, mis tekib õhulahkuses statori ja rotorivahel. Stator võib olla kas pöördeline osa (rotor) või paigaline osa (stator).
Termiini "armatuur" sisse viidi 19. sajandil tehnilise termiinina, mille tähendus on "magneeti hoidja".
Kuidas töötab armatuur elektrilises mootoris?
Elektriline mootor teisendab elektrilist energiat mehaaniliseks energiaks, kasutades elektromagnetilise induktsiooni printsiipi. Kui voolujoont asetatakse magneetväljasse, siis see kogeb jõudu vastavalt Flemingi vasaku käte reegli.
Elektrilises mootoris toob stator esile pöördleva magneetvälja, kasutades alalismagneite või elektromagneite. Armatuur, mis tavaliselt on rotor, kandab armatuuri nihutust, mis on ühendatud kommutaatoriga ja süstikuga. Kommutaator muudab voolu suunda armatuuri nihutuses, kui see pöörab, nii et see alati kooskõlastub magneetväljaga.
Magneetvälja ja armatuuri nihutuse suhtlemine genereerib öökmõõdu, mis põhjustab armatuuri pööramist. Armatuurile liidetud teljed edastavad mehaanilist energiat muudele seadmetele.
Kuidas töötab armatuur elektrilises geneerijas?
Elektriline geneerija teisendab mehaanilist energiat elektriliseks energiaks, kasutades elektromagnetilise induktsiooni printsiipi. Kui joon asub magneetväljas, siis see indutseerib elektromotivjõudu (EMF) vastavalt Faraday'i seadusele.
Elektrilises geneerijas on armatuur tavaliselt rotor, mida juhib põhitööriist, näiteks diiselmoottor või turbiin. Armatuur kandab armatuuri nihutust, mis on ühendatud kommutaatoriga ja süstikuga. Stator toob esile paigalise magneetvälja, kasutades alalismagneite või elektromagneite.
Magneetvälja ja armatuuri nihutuse suhtlemine induutseerib EMF armatuuri nihutuses, mis põhjustab elektrivoolu läbib välise tsüklit. Kommutaator muudab voolu suunda armatuuri nihutuses, kui see pöörab, nii et see toodab vaikeste voolu (AC).
Armatuuri osad & skeem
Armatuur koosneb neljast peamisest osast: tuumik, nihutus, kommutaator ja telg. Armatuuri skeem on näidatud allpool.
Armatuuri kaotused
Elektrilise seadme armatuur on alaliselt erineva tüübi kaotuste all, mis vähendavad selle efektiivsust ja jõudlust. Peamised armatuuri kaotused on:
Vaskkaotus: See on võimsuskaotus, mis on tingitud armatuuri nihutuse vastupanust. See on proportsionaalne armatuuri voolu ruuduga ja seda saab vähendada kasutades paksimaid joonte või paralleelseid teid. Vaskkaotust saab arvutada järgmise valemi abil:
kus Pc on vaskkaotus, Ia on armatuuri vool ja Ra on armatuuri vastupanus.
Eddy voolukaotus: See on võimsuskaotus, mis on tingitud induutseeritud voolude poolt armatuuri tuumikus. Need vood on põhjustatud muutuvate magneet-voode poolt ja need toovad kaasa soojuse ja magneetkaotuse. Eddy voolukaotust saab vähendada kasutades lamineeritud tuumikumaterjale või suurendades õhulahkust. Eddy voolukaotust saab arvutada järgmise valemi abil:
kus Pe on eddy voolukaotus, ke on konstant, mis sõltub tuumikumaterjalist ja kujundusest, Bm on maksimaalne vooltiheko, f on vooltiheko pöördumise sagedus, t on iga laminatsiooni paksus ja V on tuumiku ruumala.
Hüsteresekaotus: See on võimsuskaotus, mis on tingitud tuumiku pideva magnetiseerimise ja demagnetiseerimise poolt. See protsess põhjustab habruse ja soojuse tuumikumaterjali molekulstruktuuris. Hüsteresekaotust saab vähendada kasutades pehmeid magneetmaterjale, mis omavad madalat koertivjõudu ja kõrget permeabilitati. Hüsteresekaotust saab arvutada järgmise valemi abil:
kus Ph on hüsteresekaotus, kh on konstant, mis sõltub tuumikumaterjalist, Bm on maksimaalne vooltiheko, f on vooltiheko pöördumise sagedus ja V on tuumiku ruumala.
Kokku armatuuri kaotusi saab leida, liites need kolm kaotust:
Armatuuri efektiivsust saab defineerida kui armatuuri väljundvoimu ja sisendvoimu suhet:
kus ηa on armatuuri efektiivsus, Po on väljundvoim ja Pi on armatuuri sisendvoim.
Armatuuri disain
Armatuuri disain mõjutab elektrilise seadme jõudlust ja efektiivsust. Mõned tegurid, mis mõjutavad armatuuri disaini, on:
Aukude arv: Aukud kasutatakse armatuuri nihutuse akomodeerimiseks ja andmiseks mehhanilist toetust. Aukude arv sõltub nihutuse tüübist, poolide arvust ja seadme suurusest. Üldiselt tuletab rohkem auku parema vooltiheko ja voolu jaotuse, madalam reaktsiooni ja kaotuse ning siledama öökmõõdu. Kuid rohkem auku suurendab ka armatuuri kaalu ja kulu, vähendab isolatsiooni ja külmendamise ruumi, ja suurendab tõmbet vooltihekot ja armatuuri reaktsiooni.
Aukude kujundus: Aukud võivad olla avatud või suletud, sõltuvalt sellest, kas nad on õhulahkusele avatud või mitte. Avatud aukud on lihtsamad windima ja külmendada, kuid suurendavad vastupanu ja tõmbet vooltihekot õhulahkuses. Suletud aukud on raskemaid windima ja külmendada, kuid vähendavad vastupanu ja tõmbet vooltihekot õhulahkuses.
Nihutuse tüüp: Nihutus võib olla lap winding või wave winding, sõltuvalt sellest, kuidas spiraalid on ühendatud kommutaatori segmentidega. Lap winding sobib kõrge-voolu ja madal-voolu seadmetele, kuna see pakub mitmeid paralleelseid teid voolu voole. Wave winding sobib madal-voolu ja kõrge-voolu seadmetele, kuna see pakub spiraalide sarireitingut ja lisab pingeid.
Joone suurus: Joon kasutatakse voolu voole armatuuri nihutuses. Joone suurus sõltub vooltiheko tihekost, mis on voolu suhe risti lõikepindadele. Kõrge vooltiheko tiheko tuletab kõrgemat vaskkaotust ja temperatuuritõusu, kuid madalama joone kulu ja kaalu. Madal vooltiheko tiheko tuletab madalamat vaskkaotust ja temperatuuritõusu, kuid kõrgemat joone kulu ja kaalu.
Õhulahkuse pikkus: Õhulahkus on vahemik stator ja rotor poolide vahel. Õhulahkuse pikkus mõjutab vooltihekot, vastupanu, tõmbet vooltihekot ja armatuuri reaktsiooni seadmes. Lühem õhulahkus tuletab kõrgemat vooltihekot, madalamat vastupanu, madalamat tõmbet vooltihekot ja kõrgemat armatuuri reaktsiooni. Pikkem õhulahkus tuletab madalamat vooltihekot, kõrgemat vastupanu, kõrgemat tõmbet vooltihekot ja madalamat armatuuri reaktsiooni.
