Opetljivač: Definicija, funkcija in deli (Električni motor in generator)

Kaj je armatura?

Armatura je komponenta električnega stroja (tj. motorja ali generatorja), ki nosi napetost izmeničnega toka (AC). Armatura vodi AC tudi pri DC (enosmeren tok) strojih preko komutatorja (ki redno obrne smer toka) ali zaradi elektronske komutacije (na primer, v beščetnem DC motorju).

Armatura zagotavlja obdelavo in podporo za navijanje armature, ki se naveže s magnetskim poljem, ustvarjenim v zračnem praznemu prostoru med statorjem in rotorjem. Stator lahko predstavlja bu rotirajoč del (rotor) ali stacionaren del (stator).

Izraz armatura je bil vpeljan v 19. stoletju kot tehnični termin, ki pomeni "hranilnik magneta".

Kako deluje armatura v električnem motorju?

Električni motor pretvori električno energijo v mehansko energijo z uporabo principa elektromagnetske indukcije. Ko je vodilo, skozi katero teče tok, postavljeno v magnetsko polje, doživi silo glede na Flegmov levični pravilo.

V električnem motorju stator ustvari vrtečo se magnetsko polje z uporabo stalnih magnetov ali elektromagnetov. Armatura, ki je običajno rotor, nosi navijanje armature, ki je povezano z komutatorjem in štetami. Komutator preklopi smer toka v navijanju armature, ko se vrte, tako da se vedno poravnava s magnetskim poljem.

Interakcija med magnetskim poljem in navijanjem armature generira navor, ki povzroči vrtenje armature. Vrat, ki je pripegnjen na armaturu, prenaša mehansko moč na druge naprave.

Kako deluje armatura v električnem generatorju?

Električni generator pretvori mehansko energijo v električno energijo z uporabo principa elektromagnetske indukcije. Ko se vodilo premika v magnetskem polju, inducira elektromotorne silo (EMF) glede na Faradayev zakon.

V električnem generatorju je armatura običajno rotor, ki ga pogaja glavni pogojnik, kot so dizelski motor ali turbine. Armatura nosi navijanje armature, ki je povezano z komutatorjem in štetami. Stator ustvari stacionarno magnetsko polje z uporabo stalnih magnetov ali elektromagnetov.

Relativna gibanje med magnetskim poljem in navijanjem armature inducira EMF v navijanju armature, ki pogoni električni tok skozi zunanji krog. Komutator preklopi smer toka v navijanju armature, ko se vrte, takoda ustvari izmenični tok (AC).

Delovi armature in diagram

Armatura se sestoji iz štirih glavnih delov: jedro, navijanje, komutator in vrat. Diagram armature je prikazan spodaj.

Izgube armature

Armatura električnega stroja je podvržena različnim vrstam izgub, ki zmanjšujejo njeno učinkovitost in zmogljivost. Glavne vrste izgub armature so:

• Medjedovske izgube: To so izgube moči zaradi odpornosti navijanja armature. So sorazmerni s kvadratom toka armature in jih lahko zmanjšate z uporabo debeljših vodil ali vzporednih poti. Medjedovske izgube lahko izračunate z uporabo formule:

kjer je Pc medjedovske izgube, Ia tok armature in Ra odpornost armature.

• Izgube eddy tokov: To so izgube moči zaradi induciranih tokov v jedru armature. Ti tokovi so povzročeni s spreminjanjem magnetskega toka in ustvarjajo toplotno in magnetske izgube. Izgube eddy tokov lahko zmanjšate z uporabo laminiranih materialov jedra ali z večanjem zračnega praznega prostora. Izgube eddy tokov lahko izračunate z uporabo formule:

kjer je Pe izgube eddy tokov, ke konstanta, odvisna od materiala in oblike jedra, Bm maksimalna gostota magnetskega toka, f frekvenca obrnljivega toka, t debelina vsake lamine in V prostornina jedra.

• Izgube histerze: To so izgube moči zaradi ponavljajočega se magnetiziranja in demagnetiziranja jedra armature. Ta proces povzroči trenje in toplota v molekularni strukturi materiala jedra. Izgube histerze lahko zmanjšate z uporabo mehkih magnetskih materialov z nizko koercitivnostjo in visoko permeabilnostjo. Izgube histerze lahko izračunate z uporabo formule:

kjer je Ph izgube histerze, kh konstanta, odvisna od materiala jedra, Bm maksimalna gostota magnetskega toka, f frekvenca obrnljivega toka in V prostornina jedra.

Skupne izgube armature lahko dobite z seštevanjem teh treh izgub:

Učinkovitost armature lahko definirate kot razmerje izhodne moči do vhodne moči armature:

kjer je ηa učinkovitost armature, Po izhodna moč in Pi vhodna moč armature.

Razvoj armature

Razvoj armature vpliva na zmogljivost in učinkovitost električnega stroja. Nekateri dejavniki, ki vplivajo na razvoj armature, so:

• Število slotov: Sloti se uporabljajo za smetenje navijanja armature in zagotavljanje mehanske podpore. Število slotov je odvisno od vrste navijanja, števila polov in velikosti stroja. Splošno velja, da več slotov povzroči boljšo distribucijo magnetskega toka in toka, nižje reaktancijo in izgube ter gladkejši navor. Vendar več slotov tudi poveča težo in ceno armature, zmanjša prostor za izolacijo in hlajenje ter poveča utrčni tok in reakcijo armature.

• Oblika slotov: Sloti lahko imajo odprto ali zaprto obliko, odvisno od tega, ali so izpostavljeni zračnemu praznemu prostoru ali ne. Odprti sloti so lažje smeti in ohlajati, vendar povečajo odpornost in utrčni tok v zračnem praznem prostoru. Zaprti sloti so težje smeti in ohlajati, vendar zmanjšajo odpornost in utrčni tok v zračnem praznem prostoru.

• Vrsta navijanja: Navijanje lahko sledi lap navijanju ali valovnemu navijanju, odvisno od tega, kako so čevi povezane z segmenti komutatorja. Lap navijanje je primerno za stroje z visokim tokom in nizko napetostjo, saj zagotavlja več vzporednih poti za pretok toka. Valovno navijanje je primerno za stroje z nizkim tokom in visoko napetostjo, saj zagotavlja serijsko povezovanje čevi in sešteva napetosti.

• Velikost vodila: Vodilo se uporablja za prenos toka v navijanju armature. Velikost vodila je odvisna od tokovne gostote, ki je razmerje med tokom in površino prereza. Višja tokovna gostota povzroči višje medjedovske izgube in temperaturno povišanje, vendar nižje stroške in težo vodila. Nižja tokovna gostota povzroči nižje medjedovske izgube in temperaturno povišanje, vendar višje stroške in težo vodila.

• Dolžina zračnega praznega prostora: Zračni prazni prostor je razdalja med statorjem in rotorjem polov. Dolžina zračnega praznega prostora vpliva na gostoto magnetskega toka, odpornost, utrčni tok in reakcijo armature v stroju. Manjši zračni prazni prostor povzroči višjo gostoto magnetskega toka, nižjo odpornost, nižji utrčni tok in višjo reakcijo armature. Večji zračni prazni prostor povzroči nižjo gostoto magnetskega toka, višjo odpornost, višji utrčni tok in nižjo reakcijo armature.

Razvoj armature (nadaljevanje)