Armature: Maelezo, Kazi na Sehemu (Mfumo wa Umeme wa Mjenzi na Mtoa)

Ni Armature ni nini?

Armature ni sehemu ya mifumo ya umeme (kama vile motor au generator) ambayo huchapisha umeme wa mzunguko (AC). Armature huchapisha AC hata kwenye mifumo ya DC (Direct Current) kupitia commutator (ambaye mara kwa mara hupindisha mzunguko wa umeme) au kutokana na electronic commutation (kama vile katika brushless DC motor).

Armature hutoa nyumba na usimamizi kwa armature winding, ambayo huinteract kwa magnetic field iliyotengenezwa kwenye air gap kati ya stator na rotor. Stator inaweza kuwa sehemu inayoruka (rotor) au sehemu isiyo ruka (stator).

Neno armature likoletwa mwaka wa 19 kama neno lenye maana teknikal ya "keeper of a magnet".

Jinsi Armature Hufanya Kazi katika Motori ya Umeme?

Motori ya umeme hutumia sifa ya electromagnetic induction kuhakikisha energy ya umeme hutobadilishwa kwenye energy ya nguvu. Waktu conductor unayejaza umeme unapatikana katika magnetic field, anapata nguvu kulingana na Fleming’s left-hand rule.

Katika motori ya umeme, stator hutengeneza magnetic field inayoruka kutumia magnets zotelewe au electromagnets. Armature, ambayo mara nyingi ni rotor, huchapisha armature winding ambayo imeunganishwa kwenye commutator na brushes. Commutator hupindisha mzunguko wa umeme katika armature winding wakati anaruka ili iwe moja kwa moja na magnetic field.

Interaksi kati ya magnetic field na armature winding hukua torque ambayo huchangia armature kuruka. Shaft uliyoundwa kwenye armature hunawasha nguvu ya mekaniki kwa vifaa vingine.

Jinsi Armature Hufanya Kazi katika Generator ya Umeme?

Generator ya umeme hutumia sifa ya electromagnetic induction kuhakikisha energy ya mekaniki hutobadilishwa kwenye energy ya umeme. Waktu conductor unaruka katika magnetic field, anaindisha electromotive force (EMF) kulingana na Faraday’s law.

Katika generator ya umeme, armature ni mara nyingi rotor ambayo huchapishwa kwa prime mover, kama vile engine ya diesel au turbine. Armature huchapisha armature winding ambayo imeunganishwa kwenye commutator na brushes. Stator hutengeneza magnetic field isiyoruka kutumia magnets zotelewe au electromagnets.

Mzunguko wa magnetic field na armature winding hukua EMF katika armature winding, ambayo huchangia umeme kwenye circuit ya nje. Commutator hupindisha mzunguko wa umeme katika armature winding wakati anarukaili ipate umeme wa mzunguko (AC).

Sehemu za Armature & Diagram

Armature inajumuisha nne sehemu muhimu: core, winding, commutator, na shaft. Diagram ya armature inavyoonekana chini.

Matukio ya Armature

Armature ya mifumo ya umeme inachapishwa kwa aina mbalimbali za matukio ambazo huchukua ufanisi wake na uzoefu. Aina muhimu za matukio ya armature ni:

• Copper loss: Hii ni power loss kutokana na resistance ya armature winding. Ni sawa kwa mraba wa armature current na inaweza kuridhiwa kutumia vibondi vilivyovunjika au njia zisizozunguka. Copper loss inaweza kurahisishwa kutumia formula:

ambapo Pc ni copper loss, Ia ni armature current, na Ra ni armature resistance.

• Eddy current loss: Hii ni power loss kutokana na induced currents katika core ya armature. Haiyarika hizi zinachukuliwa kwa kutokana na magnetic flux inayobadilika na huzipata joto na magnetic losses. Eddy current loss inaweza kuridhiwa kutumia laminated core materials au kukubalika air gap. Eddy current loss inaweza kurahisishwa kutumia formula:

ambapo Pe ni eddy current loss, ke ni constant inategemea kwa core material na shape, Bm ni maximum flux density, f ni frequency of flux reversal, t ni thickness of each lamination, na V ni volume of the core.

• Hysteresis loss: Hii ni power loss kutokana na repeated magnetization na demagnetization ya core ya armature. Process hii huchukua friction na joto katika molecular structure ya core material. Hysteresis loss inaweza kuridhiwa kutumia soft magnetic materials na low coercivity na high permeability. Hysteresis loss inaweza kurahisishwa kutumia formula:

ambapo Ph ni hysteresis loss, kh ni constant inategemea kwa core material, Bm ni maximum flux density, f ni frequency of flux reversal, na V ni volume of the core.

Total armature loss inaweza kupatikana kwa kuongeza hayo tatu matukio:

Ufanisi wa armature unaweza kutafsiriwa kama ratio ya output power kwa input power ya armature:

ambapo ηa ni ufanisi wa armature, Po ni output power, na Pi ni input power ya armature.

Uundaji wa Armature

Uundaji wa armature huchukua uzoefu na ufanisi wa mifumo ya umeme. Baadhi ya vitu vinavyowasilisha uundaji wa armature ni:

• Idadi ya slots: Slots hizi zinatumika kusaidia armature winding na kuwasaidia mechanical support. Idadi ya slots inategemea kwa aina ya winding, idadi ya poles, na saizi ya machine. Mara nyingi, slots zaidi huzipata distribution bora ya flux na current, reactance ndogo na matukio, na torque smooth. Lakini, slots zaidi pia zinazidi uzito na gharama za armature, kunyanya space kwa insulation na cooling, na kuongeza leakage flux na armature reaction.

• Shape ya slots: Slots zinaweza kuwa opened au closed, kulingana na kama zinavyoonekana kwenye air gap au la. Slots zinazoonekana zinazidi easy winding na cooling, lakini zinongeza reluctance na leakage flux kwenye air gap. Slots zinazofungwa ni zinazidi difficult winding na cooling, lakini zinoridhi reluctance na leakage flux kwenye air gap.

• Aina ya winding: Winding inaweza kuwa lap wound au wave wound, kulingana na jinsi coils zinavyounganishwa kwenye commutator segments. Lap winding ni nzuri kwa machines zenye current zenyewe na voltage chache, kama inapewa multiple parallel paths for current flow. Wave winding ni nzuri kwa machines zenye current kidogo na voltage kiwango, kama inapewa series connection of coils na kuongeza voltages.

• Saizi ya conductor: Conductor huchapisha current kwenye armature winding. Saizi ya conductor inategemea kwa current density, ambayo ni ratio ya current kwa cross-sectional area. Current density kiwango kinachopata copper loss na temperature rise, lakini conductor cost na uzito ndogo. Current density chache kinachopata copper loss na temperature rise ndogo, lakini conductor cost na uzito kiwango.

• Urefu wa air gap: Air gap ni umbali kati ya stator na rotor poles. Urefu wa air gap huchukua flux density, reluctance, leakage flux, na armature reaction kwenye machine. Air gap ndogo huchukua flux density kiwango, reluctance ndogo, leakage flux ndogo, na armature reaction kiwango. Air gap kiwango huchukua flux density chache, reluctance kiwango, leakage flux kiwango, na armature reaction chache.

Uundaji wa Armature (endelea)

Baadhi ya njia zinazotumiwa kwa uundaji wa armature ni:

• EMF equation: Equation hii inaunganisha induced EMF kwenye armature kwa flux, speed, na number of turns ya winding. Inaweza kutumika kudetermine dimensions na parameters required za armature kwa output voltage na power.

ambapo Ea ni induced EMF volts, ϕ ni flux per pole webers, Z ni total number of conductors in series, N ni speed of rotation rpm, P ni number of poles, na A ni number of parallel paths.