Armatura: Definicija funkcija i delovi (Električni motor i generator)
Šta je armatura?
Armatura je komponenta električnog stroja (na primer, motora ili generatora) koja nosi izmjenični tok (AC). Armatura vodi AC čak i na DC (izravnom toku) strojevima putem komutatora (koji periodično okreće smjer toka) ili zbog elektronske komutacije (na primjer, u bezčetkastom DC motoru).
Armatura pruža opremu i podršku za namotaj armature, koji interagira sa magnetskim poljem formiranim u vazdušnom razmaku između statora i rotora. Stator može biti rotirajući deo (rotor) ili stacionarni deo (stator).
Termin armatura je uveden u 19. veku kao tehnički termin koji znači "čuvar magneta".
Kako armatura radi u električnom motoru?
Električni motor pretvara električnu energiju u mehaničku energiju koristeći princip elektromagnetske indukcije. Kada se vodilj s tokom postavi u magnetsko polje, iskusit će silu prema Flemingovoj lijevoj pravilu.
U električnom motoru, stator proizvodi rotirajuće magnetsko polje korišćenjem trajnih magneta ili elektromagneta. Armatura, koja je obično rotor, nosi namotaj armature koji je povezan sa komutatorom i cetkama. Komutator menja smjer toka u namotaju armature dok rotira tako da uvijek bude usklađen sa magnetskim poljem.
Interakcija između magnetskog polja i namotaja armature generiše moment koji uzrokuje rotaciju armature. Vrata pričvršćena za armaturu prenose mehaničku snagu na druge uređaje.
Kako armatura radi u električnom generatoru?
Električni generator pretvara mehaničku energiju u električnu energiju koristeći princip elektromagnetske indukcije. Kada se vodilj kreće u magnetskom polju, indukuje elektromotornu snagu (EMF) prema Faradayevom zakonu.
U električnom generatoru, armatura je obično rotor koji pokreće glavni pogon, poput dizelskog motora ili turbine. Armatura nosi namotaj armature koji je povezan sa komutatorom i cetkama. Stator proizvodi stacionarno magnetsko polje korišćenjem trajnih magneta ili elektromagneta.
Relativni pokret između magnetskog polja i namotaja armature indukuje EMF u namotaju armature, što pokreće električni tok kroz spoljnji krug. Komutator menja smjer toka u namotaju armature dok rotira tako da proizvede izmjenični tok (AC).
Dijelovi armature i dijagram
Armatura se sastoji od četiri glavna dijela: jezgra, namota, komutatora i vrata. Dijagram armature prikazan je ispod.
Gubitci armature
Armatura električnog stroja podliježe različitim tipovima gubitaka koji smanjuju njenu efikasnost i performanse. Glavni tipovi gubitaka armature su:
Gubitak bakra: To je potrošnja snage zbog otpora namota armature. Proporcionalna je kvadratu struje armature i može se smanjiti upotrebom debljih žica ili paralelnih puteva. Gubitak bakra može se izračunati koristeći formulu:
gdje je Pc gubitak bakra, Ia struja armature, a Ra otpor armature.
Gubitak od struje indukcije: To je potrošnja snage zbog induciranih struja u jezgru armature. Ove struje su uzrokovane promjenama magnetskog fluksa i proizvode toplinu i magnetske gubitke. Gubitak od struje indukcije može se smanjiti upotrebom laminiranih materijala za jezgro ili povećanjem vazdušnog razmaka. Gubitak od struje indukcije može se izračunati koristeći formulu:
gdje je Pe gubitak od struje indukcije, ke konstanta koja zavisi od materijala i oblika jezgra, Bm maksimalna gustina fluksa, f frekvencija obrtanja fluksa, t debljina svake lamelne plasti, a V zapremina jezgra.
Gubitak od histerese: To je potrošnja snage zbog ponovljene magnetizacije i demagnetizacije jezgra armature. Ovaj proces uzrokuje trenje i toplinu u molekularnoj strukturi materijala jezgra. Gubitak od histerese može se smanjiti upotrebom mekih magnetskih materijala sa niskom koercitivnom silom i visokom permeabilnošću. Gubitak od histerese može se izračunati koristeći formulu:
gdje je Ph gubitak od histerese, kh konstanta koja zavisi od materijala jezgra, Bm maksimalna gustina fluksa, f frekvencija obrtanja fluksa, a V zapremina jezgra.
Ukupni gubitak armature može se dobiti sabiranjem ovih tri gubitka:
Efikasnost armature može se definisati kao omjer izlazne snage i ulazne snage armature:
gdje je ηa efikasnost armature, Po izlazna snaga, a Pi ulazna snaga armature.
Dizajn armature
Dizajn armature utiče na performanse i efikasnost električnog stroja. Neki faktori koji utiču na dizajn armature su:
Broj otvora: Otvor se koristi za smještaj namota armature i pružanje mehaničke podrške. Broj otvora zavisi od tipa namota, broja polova i veličine stroja. Općenito, više otvora rezultira boljom distribucijom fluksa i struje, nižim reaktancijama i gubitcima, te gladnjim momentom. Međutim, više otvora također povećava težinu i cijenu armature, smanjuje prostor za izolaciju i hlađenje, te povećava protok fluksa i reakciju armature.
Oblik otvora: Otvoreni ili zatvoreni otvori, ovisno o tome jesu li izloženi vazdušnom razmaku ili ne. Otvoreni otvori lakoje namotavaju i hladili, ali povećavaju reluktanciju i protok fluksa u vazdušnom razmaku. Zatvoreni otvori teže namotavaju i hladili, ali smanjuju reluktanciju i protok fluksa u vazdušnom razmaku.
Tip namota: Namot može biti lap namot ili valjak namot, ovisno o tome kako su bobine povezane sa segmentima komutatora. Lap namot je prikladan za strojeve s visokim strujama i niskim napajanjima, jer pruža više paralelnih puteva za struju. Valjak namot je prikladan za strojeve s niskim strujama i visokim napajanjima, jer pruža serijalnu vezu bobina i dodaje napone.
Veličina vodilja: Vodilj se koristi za prenos struje u namotu armature. Veličina vodilja zavisi od gustoće struje, koja je omjer struje i površine presjeka. Viša gustoća struje rezultira većim gubitkom bakra i porastom temperature, ali nižom cijenom i težinom vodilja. Niža gustoća struje rezultira manjim gubitkom bakra i porastom temperature, ali većom cijenom i težinom vodilja.
Dužina vazdušnog razmaka: Vazdušni razmak je udaljenost između polova statora i rotora. Dužina vazdušnog razmaka utiče na gustoću fluksa, reluktanciju, protok fluksa i reakciju armature. Manji vazdušni razmak rezultira većom gustoćom fluksa, nižom reluktancijom, nižim protokom fluksa i većom reakcijom armature. Veći vazdušni razmak rezultira manjom gustoćom fluksa, većom reluktancijom, većim protokom fluksa i manjom reakcijom armature.
Dizajn armature (nastavak)
Neki metodi koji se koriste za dizajn armature su:
Jednačina EMF: Ova jednačina povezuje induciranu EMF u armaturi s fluksom, brzinom i brojem zavojnica namota. Može se koristiti za određivanje potrebnih dimenzija i parametara armature za zadatu izlaznu naponsku i snagu.
