อาร์มาเจอร์: บทนิยาม ฟังก์ชัน และส่วนประกอบ (มอเตอร์ไฟฟ้าและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า)

อะมาชัวร์คืออะไร?

อะมาชัวร์เป็นส่วนประกอบของเครื่องจักรไฟฟ้า (เช่น มอเตอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้า) ที่นำกระแสไฟฟ้าสลับ (AC) ไปใช้ อะมาชัวร์นำกระแส AC แม้ในเครื่องจักรไฟฟ้ากระแสตรง (DC) ผ่านคอมมิวเทเตอร์ (ซึ่งเปลี่ยนทิศทางกระแสเป็นระยะๆ) หรือการคอมมิวเทตด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น ในมอเตอร์ DC ไร้แปรง)

อะมาชัวร์ให้ที่อยู่อาศัยและสนับสนุนการพันขดลวดอะมาชัวร์ ซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นในช่องว่างระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ สเตเตอร์สามารถเป็นส่วนหมุน (โรเตอร์) หรือส่วนคงที่ (สเตเตอร์)

คำว่า "อะมาชัวร์" ถูกนำมาใช้ในศตวรรษที่ 19 เป็นคำศัพท์ทางเทคนิคที่หมายถึง "ผู้ดูแลแม่เหล็ก"

อะมาชัวร์ทำงานอย่างไรในมอเตอร์ไฟฟ้า?

มอเตอร์ไฟฟ้าแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลโดยใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อมีคอนดักเตอร์ที่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอยู่ในสนามแม่เหล็ก มันจะประสบแรงตามกฎของเฟลมิงซ้าย

ในมอเตอร์ไฟฟ้า สเตเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กหมุนโดยใช้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า อะมาชัวร์ ซึ่งโดยทั่วไปเป็นโรเตอร์ บรรจุขดลวดอะมาชัวร์ที่เชื่อมต่อกับคอมมิวเทเตอร์และแปรง คอมมิวเทเตอร์เปลี่ยนทิศทางกระแสในขดลวดอะมาชัวร์ขณะหมุนเพื่อให้มันมีแนวเดียวกับสนามแม่เหล็กเสมอ

การส่งผลระหว่างสนามแม่เหล็กและขดลวดอะมาชัวร์สร้างแรงบิดที่ทำให้อะมาชัวร์หมุน แกนที่ต่อเข้ากับอะมาชัวร์ถ่ายทอดพลังงานกลไปยังอุปกรณ์อื่นๆ

อะมาชัวร์ทำงานอย่างไรในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า?

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแปลงพลังงานกลเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยใช้หลักการของการเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้า เมื่อมีคอนดักเตอร์เคลื่อนที่ในสนามแม่เหล็ก มันจะเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้า (EMF) ตามกฎหมายของฟาราเดย์

ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้า อะมาชัวร์โดยทั่วไปเป็นโรเตอร์ที่ถูกขับเคลื่อนโดยเครื่องยนต์หลัก เช่น เครื่องยนต์ดีเซลหรือเทอร์ไบน์ อะมาชัวร์บรรจุขดลวดอะมาชัวร์ที่เชื่อมต่อกับคอมมิวเทเตอร์และแปรง สเตเตอร์สร้างสนามแม่เหล็กคงที่โดยใช้แม่เหล็กถาวรหรือแม่เหล็กไฟฟ้า

การเคลื่อนที่สัมพัทธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กและขดลวดอะมาชัวร์เหนี่ยวนำ EMF ในขดลวดอะมาชัวร์ ซึ่งขับเคลื่อนกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรภายนอก คอมมิวเทเตอร์เปลี่ยนทิศทางกระแสในขดลวดอะมาชัวร์ขณะหมุนเพื่อผลิตกระแสสลับ (AC)

ส่วนประกอบและแผนภาพของอะมาชัวร์

อะมาชัวร์ประกอบด้วยส่วนหลักสี่ส่วน: แกนกลาง, ขดลวด, คอมมิวเทเตอร์ และแกน แผนภาพของอะมาชัวร์แสดงด้านล่าง

ความสูญเสียของอะมาชัวร์

อะมาชัวร์ของเครื่องจักรไฟฟ้ามีความสูญเสียหลายประเภทที่ลดประสิทธิภาพและความสามารถในการทำงาน ความสูญเสียหลักของอะมาชัวร์คือ:

• ความสูญเสียจากทองแดง: คือการสูญเสียพลังงานเนื่องจากความต้านทานของขดลวดอะมาชัวร์ มันเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของกระแสอะมาชัวร์และสามารถลดลงได้โดยการใช้สายไฟที่หนากว่าหรือใช้เส้นทางขนาน ความสูญเสียจากทองแดงสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

เมื่อ Pc คือความสูญเสียจากทองแดง, Ia คือกระแสอะมาชัวร์, และ Ra คือความต้านทานอะมาชัวร์

• ความสูญเสียจากกระแสเวียน: คือการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการเหนี่ยวนำกระแสในแกนกลางของอะมาชัวร์ กระแสเหล่านี้เกิดจากสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงและสร้างความร้อนและความสูญเสียแม่เหล็ก ความสูญเสียจากกระแสเวียนสามารถลดลงได้โดยการใช้วัสดุแกนที่หุ้มแผ่นหรือเพิ่มช่องว่างอากาศ ความสูญเสียจากกระแสเวียนสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

เมื่อ Pe คือความสูญเสียจากกระแสเวียน, ke คือค่าคงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุและรูปร่างของแกน, Bm คือความหนาแน่นฟลักซ์สูงสุด, f คือความถี่ของการกลับฟลักซ์, t คือความหนาของแต่ละแผ่น, และ V คือปริมาณของแกน

• ความสูญเสียจากฮิสเทอรีสิส: คือการสูญเสียพลังงานเนื่องจากการแม่เหล็กและดีแม่เหล็กของแกนกลางของอะมาชัวร์ซ้ำๆ กระบวนการนี้ทำให้เกิดแรงเสียดทานและความร้อนในโครงสร้างโมเลกุลของวัสดุแกน ความสูญเสียจากฮิสเทอรีสิสสามารถลดลงได้โดยการใช้วัสดุมีความแข็งแม่เหล็กต่ำและความซึมผ่านสูง ความสูญเสียจากฮิสเทอรีสิสสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร:

เมื่อ Ph คือความสูญเสียจากฮิสเทอรีสิส, kh คือค่าคงที่ขึ้นอยู่กับวัสดุ, Bm คือความหนาแน่นฟลักซ์สูงสุด, f คือความถี่ของการกลับฟลักซ์, และ V คือปริมาณของแกน

ความสูญเสียรวมของอะมาชัวร์สามารถได้จากการบวกความสูญเสียสามแบบนี้:

ประสิทธิภาพของอะมาชัวร์สามารถกำหนดเป็นอัตราส่วนของพลังงานเอาต์พุตต่อพลังงานอินพุตของอะมาชัวร์:

เมื่อ ηa คือประสิทธิภาพของอะมาชัวร์, Po คือพลังงานเอาต์พุต, และ Pi คือพลังงานอินพุตของอะมาชัวร์

การออกแบบอะมาชัวร์

การออกแบบของอะมาชัวร์ส่งผลต่อประสิทธิภาพและการทำงานของเครื่องจักรไฟฟ้า ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อการออกแบบอะมาชัวร์คือ:

• จำนวนช่อง: ช่องใช้สำหรับรองรับขดลวดอะมาชัวร์และให้การสนับสนุนเชิงกล จำนวนช่องขึ้นอยู่กับชนิดของขดลวด, จำนวนขั้ว, และขนาดของเครื่องจักร โดยทั่วไป ช่องมากกว่าจะทำให้การกระจายฟลักซ์และกระแสดีขึ้น, ความต้านทานและสูญเสียต่ำลง, และแรงบิดเรียบขึ้น อย่างไรก็ตาม ช่องมากขึ้นจะเพิ่มน้ำหนักและต้นทุนของอะมาชัวร์, ลดพื้นที่สำหรับฉนวนและระบายความร้อน, และเพิ่มฟลักซ์รั่วและปฏิกิริยาของอะมาชัวร์

• รูปร่างของช่อง: ช่องอาจเปิดหรือปิด ขึ้นอยู่กับว่ามันถูกเปิดเผยให้เห็นช่องว่างอากาศหรือไม่ ช่องเปิดง่ายต่อการพันและระบายความร้อน แต่มันเพิ่มความต้านทานและฟลักซ์รั่วในช่องว่างอากาศ ช่องปิดยากต่อการพันและระบายความร้อน แต่มันลดความต้านทานและฟลักซ์รั่วในช่องว่างอากาศ

• ชนิดของขดลวด: ขดลวดอาจเป็นการพันแบบลาปหรือเวฟ ขึ้นอยู่กับวิธีการเชื่อมต่อขดลวดกับเซกเมนต์คอมมิวเทเตอร์ การพันแบบลาปเหมาะสมกับเครื่องจักรกระแสสูงและแรงดันต่ำ เนื่องจากมันให้เส้นทางขนานหลายเส้นทางสำหรับกระแส การพันแบบเวฟเหมาะสมกับเครื่องจักรกระแสต่ำและแรงดันสูง เนื่องจากมันให้การเชื่อมต่อแบบอนุกรมของขดลวดและสะสมแรงดัน

• ขนาดของคอนดักเตอร์: คอนดักเตอร์ใช้สำหรับนำกระแสในขดลวดอะมาชัวร์ ขนาดของคอนดักเตอร์ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของกระแส ซึ่งคืออัตราส่วนของกระแสต่อพื้นที่ตัดขวาง ความหนาแน่นของกระแสสูงขึ้นทำให้สูญเสียจากทองแดงและอุณหภูมิสูงขึ้น แต่ต้นทุนและน้ำหนักของคอนดักเตอร์ต่ำลง ความหนาแน่นของกระแสต่ำลงทำให้สูญเสียจากทองแดงและอุณหภูมิต่ำลง แต่ต้นทุนและน้ำหนักของคอนดักเตอร์สูงขึ้น

• ความยาวของช่องว่างอากาศ: ช่องว่างอากาศคือระยะทางระหว่างขั้วสเตเตอร์และโรเตอร์ ความยาวของช่องว่างอากาศส่งผลต่อความหนาแน่นฟลักซ์, ความต้านทาน, ฟลักซ์รั่ว, และปฏิกิริยาของอะมาชัวร์ในเครื่องจักร ช่องว่างอากาศเล็กทำให้ความหนาแน่นฟลักซ์ส