Armatur: Paglalarawan Function at mga Bahagi (Motor na Elektriko & 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 mga DC (Direct Current) machines sa pamamagitan ng commutator (na nagsasalamin ng direksyon ng current) o dahil sa electronic commutation (halimbawa, sa brushless DC motor).

Nagbibigay ang armature ng tirahan at suporta para sa armature winding, na nakikipag-ugnayan sa magnetic field na nabuo sa air gap sa pagitan ng stator at rotor. Ang stator maaaring maging isang rotating part (rotor) o stationary part (stator).

Ang termino na armature ay ipinakilala noong ika-19 na siglo bilang teknikal na termino na may kahulugan ng "keeper of a magnet".

Paano Gumagana ang Armature sa Isang Electric Motor?

Ang electric motor ay nagbabago ng electrical energy sa mechanical energy sa pamamagitan ng prinsipyong electromagnetic induction. Kapag isang current-carrying conductor ay inilagay sa magnetic field, ito ay dadaanan ng pwersa ayon sa Fleming’s left-hand rule.

Sa isang electric motor, ang stator ay nagpapabuo ng rotating magnetic field sa pamamagitan ng permanent magnets o electromagnets. Ang armature, na karaniwang rotor, ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang commutator ay nagsasalamin ng direksyon ng current sa armature winding habang ito ay umuukit upang ito ay laging magkakaugnay sa magnetic field.

Ang interaksiyon sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay nagpapabuo ng torque na nagdudulot ng pag-rotate 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 nagbabago ng mechanical energy sa electrical energy sa pamamagitan ng prinsipyong electromagnetic induction. Kapag isang conductor ay gumagalaw 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 isang 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 sa pamamagitan ng permanent magnets o electromagnets.

Ang relasyon ng motion 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 nagsasalamin ng direksyon ng current sa armature winding habang ito ay umuukit 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. Isang diagram ng armature ay ipinapakita sa ibaba.

Mga Pagkawala ng Armature

Ang armature ng isang elektrikong makina ay dinadamaan ng iba’t ibang uri ng pagkawala na nagpapababa ng kanyang epektividad 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 maaari itong bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng mas matitibay na 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. Ang mga currents na ito ay dulot ng pagbabago ng magnetic flux at nagpapabuo 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 paulit-ulit na magnetization at demagnetization ng core ng armature. Ang prosesong ito ay nagdudulot 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 makuhang ang total armature loss sa pamamagitan ng pagdagdag ng tatlong pagkawala na ito:

Maaaring ilarawan ang armature efficiency bilang 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.

Disenyo ng Armature

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

• Ang bilang ng slots: Ang slots ay ginagamit upang akomodahin ang armature winding at ibigay ang mechanical support. Ang bilang ng slots ay depende sa tipo ng winding, bilang ng poles, at laki ng makina. Sa pangkalahatan, mas maraming slots ay nagreresulta sa mas mahusay na distribution ng flux at current, mas mababang reactance at losses, at mas smooth na torque. Gayunpaman, mas maraming slots ay nagdudulot rin ng mas mabigat at mas mahal na armature, nagbabawas ng espasyo para sa insulation at cooling, at nagdudulot ng mas maraming leakage flux at armature reaction.

• Ang hugis ng slots: Ang slots maaaring bukas o sarado, depende kung sila ay nakalantad sa air gap o hindi. Ang bukas na slots ay mas madali kang wind at cool, ngunit sila ay nagdudulot ng mas mataas na reluctance at leakage flux sa air gap. Ang saradong slots ay mas mahirap kang wind at cool, ngunit sila ay nagbabawas ng reluctance at leakage flux sa air gap.

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

• Ang laki ng conductor: Ang conductor ay ginagamit upang dalhin ang current sa armature winding. Ang laki ng conductor ay depende sa current density, na ang ratio ng current sa cross-sectional area. Mas mataas na current density ay nagreresulta sa mas mataas na copper loss at temperature rise, ngunit mas mababang conductor cost at weight. Mas mababang current density ay nagreresulta 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 ay nagreresulta sa mas mataas na flux density, mas mababang reluctance, mas mababang leakage flux, at mas mataas na armature reaction. Mas malaking air gap ay nagreresulta sa mas mababang flux density, mas mataas na reluctance, mas mataas na leakage flux, at mas mababang armature reaction.

Disenyo ng Armature (pagpapatuloy)

Ang ilang mga paraan na ginagamit upang disenyuhan ang armature ay:

• EMF equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay ng induced EMF sa armature sa flux, speed, at bilang ng turns ng winding. Ito ay maaaring gamitin upang tukuyin ang kinakailangang dimensions at parameters ng armature para sa isang given output voltage at power.

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

• MMF equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay ng magnetomotive force (MMF) na nabuo ng armature winding sa current at bilang ng turns ng winding. Ito ay maaaring gamitin upang tukuyin ang kinakailangang current at bilang ng turns para sa is