Armature: Definīcija funkcija un daļas (Elektromotors un Ģeneratoris)

Kas ir armatūra?

Armatūra ir elektriskā mašīnas (t.i., dzinēja vai ģeneratora) komponents, kas pārvada maiņstrāvu (AC). Armatūra pārvada AC pat DC (Taisnstrāvas) mašīnās caur komutatoru (kas periodiski maina strāvas virzienu) vai datorizētu komutāciju (piemēram, bezspuldzes DC dzinējā).

Armatūra nodrošina apdzīvi un atbalstu armatūras vijumam, kas interakcijā ar magnētisko lauku, kas veidojas starp statoru un rotoru. Stators var būt gan rotores (rotors), gan stacionārs daļa (stators).

Termins "armatūra" tika ieviests 19. gadsimtā kā tehnisks termins, nozīmējot "magnēta saglabātājs".

Kā darbojas armatūra elektriskajā dzinējā?

Elektriskais dzinējs pārveido elektroenerģiju mehāniskajā enerģijā, izmantojot elektromagnētiskās indukcijas principu. Kad strāvas nesējs vednis tiek novietots magnētiskā laukā, tas pieredz spēku saskaņā ar Flemings lejušķidas likumu.

Elektriskajā dzinējā stators veido rotējošu magnētisko lauku, izmantojot pastāvīgos magnētus vai elektromagnētus. Armatūra, kas parasti ir rotors, nes armatūras vijumu, kas savienots ar komutatoru un šūpu. Komutators maina strāvas virzienu armatūras vijumā, kad tas rotē, lai tā vienmēr būtu sakritība ar magnētisko lauku.

Magnētiskā lauka un armatūras vijuma interakcija veido momentu, kas izsauc armatūras rotāciju. Armatūrai pievienotais vaļts pārneša mehānisko jaudu citiem ierīčiem.

Kā darbojas armatūra elektriskajā ģeneratorā?

Elektriskais ģenerators pārveido mehānisko enerģiju elektroenerģijā, izmantojot elektromagnētiskās indukcijas principu. Kad vednis kustas magnētiskā laukā, tā izraisa elektrodinamisku jaudu (EDJ) saskaņā ar Faradeja likumu.

Elektriskajā ģeneratorā armatūra parasti ir rotors, ko pārvada galvenais dzinējs, piemēram, diesela dzinējs vai turbīna. Armatūra nes armatūras vijumu, kas savienots ar komutatoru un šūpu. Stators veido stacionāru magnētisko lauku, izmantojot pastāvīgos magnētus vai elektromagnētus.

Magnētiskā lauka un armatūras vijuma relatīvais kustības attiecība inducē EDJ armatūras vijumā, kas pārnes strāvu caur ārējo ceļu. Komutators maina strāvas virzienu armatūras vijumā, kad tas rotē, lai tas radītu maiņstrāvu (AC).

Armatūras daļas un diagramma

Armatūra sastāv no četrām galvenajām daļām: šķērsgalve, vijums, komutators un vaļts. Armatūras diagramma ir parādīta zemāk.

Armatūras zudumi

Elektriskās mašīnas armatūrai ir raksturīgi dažādi zudumi, kas samazina tā efektivitāti un veiktspēju. Galvenie armatūras zudumi ir:

• Veltu zudumi: Tas ir jaudas zudums, kas saistīts ar armatūras vijuma rezistenci. Tas ir proporcionāls armatūras strāvas kvadrātam un to var samazināt, izmantojot smagākus drātas vai paralēlus ceļus. Veltu zudumus var aprēķināt, izmantojot formulu:

kur Pc ir veltu zudumi, Ia ir armatūras strāva, un Ra ir armatūras rezistence.

• Strūklaužu zudumi: Tas ir jaudas zudums, kas saistīts ar inducētajām strāvām armatūras šķērsgalvē. Šīs strāvas ir izraisītas mainīgajā magnētiskā plūsmā un rada siltumu un magnētiskus zudumus. Strūklaužu zudumus var samazināt, izmantojot laminētus materiālus vai palielinot gaisa gabalu. Strūklaužu zudumus var aprēķināt, izmantojot formulu:

kur Pe ir strūklaužu zudumi, ke ir konstante, kas atkarīga no šķērsgalves materiāla un formas, Bm ir maksimālā plūsmas blīvums, f ir plūsmas maiņas frekvence, t ir katras laminācijas biezums, un V ir šķērsgalves tilpums.

• Histerēzes zudumi: Tas ir jaudas zudums, kas saistīts ar šķērsgalves nepārtrauktu magnetizāciju un demagnetizāciju. Šis process rada ciešanu un siltumu šķērsgalves materiāla molekulārajā struktūrā. Histerēzes zudumus var samazināt, izmantojot mīkstus magnētiskos materiālus ar zemu koercitivitāti un augstu permeabilitāti. Histerēzes zudumus var aprēķināt, izmantojot formulu:

kur Ph ir histerēzes zudumi, kh ir konstante, kas atkarīga no šķērsgalves materiāla, Bm ir maksimālā plūsmas blīvums, f ir plūsmas maiņas frekvence, un V ir šķērsgalves tilpums.

Kopējie armatūras zudumi iegūstami, saskaitot šos trīs zudumus:

Armatūras efektivitāte var tikt definēta kā izvades jaudas attiecība pret ieceļojošo jaudu armatūrai:

kur ηa ir armatūras efektivitāte, Po ir izvades jauda, un Pi ir ieceļojošā jauda armatūrai.

Armatūras dizains

Armatūras dizains ietekmē elektriskās mašīnas veiktspēju un efektivitāti. Daži no faktoriem, kas ietekmē armatūras dizainu, ir:

• Riekstu skaits: Rieksti tiek izmantoti, lai ievietotu armatūras vijumu un sniegtu mehānisko atbalstu. Riekstu skaits atkarīgs no vijuma veida, polu skaita un mašīnas izmēra. Parasti, vairāk riekstu nodrošina labāku plūsmas un strāvas sadalījumu, zemākus reaktancijas un zudumu līmeņus, un vieglāku momentu. Tomēr, vairāk riekstu arī palielina armatūras svaru un izmaksas, samazina izolācijas un dzesēšanas telpu, un palielina noplūsmu un armatūras reakciju.

• Riekstu forma: Rieksti var būt atvērti vai aizvērti, atkarībā no tā, vai tie ir atklāti gaisa gabalam vai nē. Atvērti rieksti ir vieglāk vijumi un dzesējam, bet tie palielina nevēlamās reaktancijas un noplūsmas līmenis gaisa gabalā. Aizvērti rieksti ir grūtāk vijumi un dzesējam, bet tie samazina nevēlamās reaktancijas un noplūsmas līmenis gaisa gabalā.

• Vijuma tips: Vijums var būt lapu vai vilni vijums, atkarībā no tā, kā koiles ir savienotas ar komutatora segmentiem. Lapu vijums ir piemērots augstām strāvām un zemām spriegumiem, jo tas nodrošina vairākus paralēlus ceļus strāvas plūsmai. Vilni vijums ir piemērots zemām strāvām un augstiem spriegumiem, jo tas nodrošina koilu seriālo savienojumu un summirē spriegumus.

• Pāvesta izmērs: Pāvests tiek izmantots, lai nesētu strāvu armatūras vijumā. Pāvesta izmērs atkarīgs no strāvas blīvuma, kas ir strāvas attiecība pret šķērsgriezuma laukumu. Augsts strāvas blīvums rada augstākus veltu zudumus un temperatūras pieaugumu, bet zemākas pāvesta izmaksas un svaru. Zems strāvas blīvums rada zemākus veltu zudumus un temperatūras pieaugumu, bet augstākas pāvesta izmaksas un svaru.

• Gaisa gabala garums: Gaisa gabals ir attālums starp statora un rotoru poliem. Gaisa gabala garums ietekmē plūsmas blīvumu, nevēlamās reaktancijas, noplūsmas un armatūras reakcijas mašīnā. Īss gaisa gabals nodrošina augstāku plūsmas blīvumu, zemāku nevēlamās reaktancijas, zemāku noplūsmu un augstāku armatūras reakciju. Garš gaisa gabals nodrošina zemāku plūsmas blīvumu, augstāku nevēlamās reaktancijas, augstāku noplūsmu un zemāku armatūras reakciju.

Armatūras dizains (turpinājums)

Daži no metodes, kas tiek izmantotas, lai izstrā