Rövidítés: Definíció, Függvény és Részek (Elektromos Mótor és Generátor)
Mi az armatúr?
Az armatúr egy elektromos gép (pl. motor vagy generátor) olyan része, amely váltakozó áramot (VA) vezet. Az armatúr VA-t vezet még DC (Egyirányú Áram) gépeknél is, a kommutátor (ami időnként megváltoztatja az áram irányát) vagy az elektronikus kommutáció (pl. szívbogáncs nélküli DC motor) révén.
Az armatúr otthont és támogatást biztosít az armatúr tekercsnek, ami interakciót folytat a státortól és a rotor közötti léggapban kialakuló mágneses mezővel. A státor lehet forgó (rotor) vagy álló (státor) rész.
Az "armatúr" kifejezést a 19. században vezették be mint technikai terminust, jelentése "mágnes tartója".
Hogyan működik az armatúr egy elektromos motorban?
Az elektromos motor elektromos energiát átalakít mechanikus energiává az elektromágneses indukció elvére alapozva. Amikor egy áramvezető vezetéket elhelyezünk egy mágneses mezőbe, a Fleming balkezes szabálya szerint erő hat rá.
Az elektromos motorban a státor forgó mágneses mezőt hoz létre használva állandómágneseket vagy elektromágneseket. Az armatúr, ami általában a rotor, az armatúr tekercset tartalmaz, ami a kommutátornál és a bogáncsnál van csatlakoztatva. A kommutátor fordítja az armatúr tekercsben áramló áram irányát ahhoz, hogy mindig illeszkedjen a mágneses mezőhöz.
A mágneses mező és az armatúr tekercs közötti interakció nyomást gyarapít, ami miatt az armatúr forog. A hozzá csatlakoztatott tengely továbbítja a mechanikai erőt más eszközökhöz.
Hogyan működik az armatúr egy elektromos generátorban?
Az elektromos generátor mechanikai energiát átalakít elektromos energiává az elektromágneses indukció elvére alapozva. Amikor egy vezetéket mozgatunk egy mágneses mezőben, Faraday törvénye szerint elektromotív erő (EMF) keletkezik.
Az elektromos generátorban az armatúr általában a rotor, amit egy elsődleges meghajtó (pl. diesel motor vagy turbina) hajt. Az armatúr az armatúr tekercset tartalmazza, ami a kommutátornál és a bogáncsnál van csatlakoztatva. A státor álló mágneses mezőt hoz létre használva állandómágneseket vagy elektromágneseket.
A mágneses mező és az armatúr tekercs közötti relatív mozgás EMF-t indukál az armatúr tekercsben, ami áramot vezet az külső körben. A kommutátor fordítja az armatúr tekercsben áramló áram irányát, ahogy forog, hogy váltakozó áram (VA) keletkezzen.
Az armatúr részei és rajz
Az armatúr négy fő részből áll: mag, tekercs, kommutátor és tengely. Az armatúr rajza látható lentebb.
Az armatúr veszteségei
Az elektromos gép armatúrára különböző típusú veszteségek hatnak, amelyek csökkentik a hatékonyságát és teljesítményét. Az armatúr főbb veszteségei:
Rézveszteség: Ez a hatás az armatúr tekercs ellenállása miatt keletkezik. Arányos az armatúr áramának négyzetével, és csökkenthető vastagabb drótok vagy párhuzamos útvonalak használatával. A rézveszteség kiszámítható a következő képlettel:
ahol Pc a rézveszteség, Ia az armatúr áram, és Ra az armatúr ellenállása.
Keringőáram-veszteség: Ez a hatás a mágneses fluktuáció miatt keletkező áramok miatt jön létre az armatúr magjában. Ezek az áramok meleg és mágneses veszteségeket okoznak. A keringőáram-veszteség csökkenthető laminált anyagok használatával vagy a léggap növelésével. A keringőáram-veszteség kiszámítható a következő képlettel:
ahol Pe a keringőáram-veszteség, ke egy konstans, ami a mag anyagától és formájától függ, Bm a maximális mágneses fluxussűrűség, f a fluxus fordulási frekvenciája, t a lamináció vastagsága, és V a mag térfogata.
Hysteresis-veszteség: Ez a hatás a mag folyamatos mágnezeséből és demágnezeséből ered. Ez a folyamat súrlódást és meleget okoz a mag molekuláris szerkezetében. A hysteresis-veszteség csökkenthető enyhén mágneses anyagokkal, alacsony coercivitással és magas permeabilitással. A hysteresis-veszteség kiszámítható a következő képlettel:
ahol Ph a hysteresis-veszteség, kh egy konstans, ami a mag anyagától függ, Bm a maximális mágneses fluxussűrűség, f a fluxus fordulási frekvenciája, és V a mag térfogata.
Az összes armatúr-veszteség a három veszteség összege:
Az armatúr hatékonyságát a kimeneti energia és a bemeneti energia arányaként definiálhatjuk:
ahol ηa az armatúr hatékonysága, Po a kimeneti energia, és Pi a bemeneti energia.
Az armatúr tervezése
Az armatúr tervezése befolyásolja az elektromos gép teljesítményét és hatékonyságát. Néhány tényező, ami befolyásolja az armatúr tervezését:
A szegélyek száma: A szegélyek az armatúr tekercsnek otthont adnak és mechanikai támogatást. A szegélyek száma a tekercs típusától, a pólusok számától és a gép méretétől függ. Általában, több szegély jobb fluxus- és árameloszlást, alacsonyabb reaktanciát és veszteséget, valamint simább nyomatékot eredményez. Ugyanakkor, több szegély növeli az armatúr súlyát és költségét, csökkenti a hőszigetelési és hűtési tér, és növeli a lecsengő fluxust és az armatúr hatását.
A szegélyek alakja: A szegélyek nyithatók vagy zárthatók, attól függően, hogy kitartanak-e a léggaphoz. A nyitható szegélyek könnyebben tehermentesíthetők és hűthetők, de növelik a visszaforduló ellenállást és a lecsengő fluxust a léggapban. A zártható szegélyek nehezebben tehermentesíthetők és hűthetők, de csökkentik a visszaforduló ellenállást és a lecsengő fluxust a léggapban.
A tekercs típusa: A tekercs lehet laptekercs vagy hullámtekercs, attól függően, hogyan vannak a ciklusok a kommutátor szegmensekhez csatlakoztatva. A laptekercs alkalmas nagy áramú, alacsony feszültségű gépekhez, mert több párhuzamos utat biztosít az áram számára. A hullámtekercs alkalmas alacsony áramú, magas feszültségű gépekhez, mert soros kapcsolatban hozza a ciklusokat, és összeadja a feszültségeket.
A vezeték mérete: A vezeték az áramot vezeti az armatúr tekercsben. A vezeték mérete az áramszűrő sűrűségtől függ, ami az áram és a kerületi terület aránya. Magasabb áramszűrő sűrűség magasabb rézveszteséget és hőemelkedést, de alacsonyabb vezeték költséget és súlyt eredményez. Alacsonyabb áramszűrő sűrűség alacsonyabb rézveszteséget és hőemelkedést, de magasabb vezeték költséget és súlyt eredményez.
A léggap hossza: A léggap a státor és a rotor pólusai közötti távolság. A léggap hossza befolyásolja a fluxussűrűséget, a visszaforduló ellenállást, a lecsengő fluxust és az armatúr hatást a gépben. Rövidebb léggap magasabb fluxussűrűséget, alacsonyabb visszaforduló ellenállást, alacsonyabb lecsengő fluxust és magasabb armatúr hatást eredményez. Hosszabb léggap alacsonyabb fluxussűrűséget, magasabb visszaforduló ellenállást, magasabb lecsengő fluxust és alacsonyabb armatúr hatást eredményez.
Az armatúr tervezése (folytatás)
Néhány módszer, amit az armatúr tervezésére használnak:
