Armatur: Kahulugan Pagsasagawa at mga Bahagi (Makina ng Kuryente & Generator)

Ano ang Armature?

Ang armature ay ang bahagi ng isang elektrikong makina (halimbawa, motor o generator) na nagdadala ng alternating current (AC). Ang armature ay nagdaraos ng AC kahit sa DC (Direct Current) machines sa pamamagitan ng commutator (na nagbabago ng direksyon ng kuryente nang periodiko) o dahil sa electronic commutation (halimbawa, sa brushless DC motor).

Nagbibigay ang armature ng tirahan at suporta sa armature winding, na nakikipag-ugnayan sa magnetic field na nabubuo sa air gap sa pagitan ng stator at rotor. Maaaring maging rotating part (rotor) o stationary part (stator) ang stator.

Ang terminong armature ay ipinakilala noong ika-19 na siglo bilang teknikal na termino na may kahulugan na "keeper of a magnet".

Paano Gumagana ang Armature sa Isang Electric Motor?

Nagkokonbert ang electric motor ng electrical energy sa mechanical energy sa pamamagitan ng principle ng electromagnetic induction. Kapag inilagay ang isang conductor na may kuryente sa magnetic field, ito ay nararanasan ang isang pwersa ayon sa Fleming’s left-hand rule.

Sa isang electric motor, ang stator ay gumagawa ng rotating magnetic field sa pamamagitan ng permanent magnets o electromagnets. Ang armature, na karaniwang rotor, ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang commutator ay nagbabago ng direksyon ng kuryente sa armature winding habang ito ay umuukit upang ito ay laging sumasabay sa magnetic field.

Ang interaksiyon sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay nagpapabuo ng torque na nagdudulot ng pag-rotate ng armature. Ang shaft na nakakabit sa armature ay nagbibigay ng mechanical power sa iba pang mga aparato.

Paano Gumagana ang Armature sa Isang Electric Generator?

Nagkokonbert ang electric generator ng mechanical energy sa electrical energy sa pamamagitan ng principle ng electromagnetic induction. Kapag umuukit ang isang conductor sa magnetic field, ito ay nagpapabuo ng electromotive force (EMF) ayon sa Faraday’s law.

Sa isang electric generator, ang armature ay karaniwang rotor na pinapatakbo ng isang prime mover, tulad ng diesel engine o turbine. Ang armature ay nagdadala ng armature winding na konektado sa commutator at brushes. Ang stator ay nagpapabuo ng stationary magnetic field sa pamamagitan ng permanent magnets o electromagnets.

Ang relasyong paggalaw sa pagitan ng magnetic field at armature winding ay nagpapabuo ng EMF sa armature winding, na nagpapabuo ng electric current sa external circuit. Ang commutator ay nagbabago ng direksyon ng kuryente sa armature winding habang ito ay umuukit upang ito ay nagpapabuo ng alternating current (AC).

Mga Bahagi ng Armature & Diagram

Ang armature ay binubuo ng apat na pangunahing bahagi: core, winding, commutator, at shaft. Nakatala sa ibaba ang diagram ng armature.

Mga Pagkawala ng Armature

Ang armature ng isang elektrikong makina ay kinakailangan ng iba't ibang uri ng pagkawala na nagbabawas sa kanyang epektividad at performance. Ang pangunahing uri ng mga pagkawala ng armature ay:

• Copper loss: Ito ang pagkawala ng kapangyarihan dahil sa resistance ng armature winding. Ito ay proporsyonal sa kwadrado ng armature current at maaaring bawasan sa pamamagitan ng paggamit ng mas malalim na wires o parallel paths. Maaaring ikalkula ang copper loss sa pamamagitan ng formula:

kung saan Pc ang copper loss, Ia ang armature current, at Ra ang armature resistance.

• Eddy current loss: Ito ang pagkawala ng kapangyarihan dahil sa induced currents sa core ng armature. Ang mga kuryentong ito ay sanhi ng nagbabagong magnetic flux at nagpapabuo ng init at magnetic losses. Maaaring bawasan ang eddy current loss sa pamamagitan ng paggamit ng laminated core materials o pagtaas ng air gap. Maaaring ikalkula ang eddy current loss sa pamamagitan ng formula:

kung saan Pe ang eddy current loss, ke ang constant depende sa core material at hugis, Bm ang maximum flux density, f ang frequency ng flux reversal, t ang thickness ng bawat lamination, at V ang volume ng core.

• Hysteresis loss: Ito ang pagkawala ng kapangyarihan dahil sa paulit-ulit na magnetization at demagnetization ng core ng armature. Ang prosesong ito ay nagdudulot ng friction at init sa molecular structure ng core material. Maaaring bawasan ang hysteresis loss sa pamamagitan ng paggamit ng soft magnetic materials na may mababang coercivity at mataas na permeability. Maaaring ikalkula ang hysteresis loss sa pamamagitan ng formula:

kung saan Ph ang hysteresis loss, kh ang constant depende sa core material, Bm ang maximum flux density, f ang frequency ng flux reversal, at V ang volume ng core.

Maaaring makalkula ang kabuuang pagkawala ng armature sa pamamagitan ng pagdagdag ng tatlong pagkawala:

Maaaring idefine ang armature efficiency bilang ratio ng output power sa input power ng armature:

kung saan ηa ang armature efficiency, Po ang output power, at Pi ang input power ng armature.

Disenyo ng Armature

Ang disenyo ng armature ay nakakaapekto sa performance at epektividad ng elektrikong makina. Ang ilan sa mga factor na nakakaapekto sa disenyo ng armature ay:

• Ang bilang ng slots: Ginagamit ang mga slots para akomodahin ang armature winding at magbigay ng mechanical support. Ang bilang ng slots ay depende sa uri ng winding, bilang ng poles, at laki ng makina. Karaniwan, mas maraming slots ay nagreresulta sa mas mahusay na distribution ng flux at current, mas mababang reactance at losses, at mas smooth na torque. Gayunpaman, mas maraming slots ay nagdudulot rin ng mas mabigat at mas mahal na armature, mas maliit na espasyo para sa insulation at cooling, at mas mataas na leakage flux at armature reaction.

• Ang hugis ng slots: Maaaring bukas o sarado ang mga slots, depende kung sila ay exposed sa air gap o hindi. Mas madali ang bukas na slots na iwinding at icool, ngunit ito ay nagdudulot ng mas mataas na reluctance at leakage flux sa air gap. Mas mahirap ang saradong slots na iwinding at icool, ngunit ito ay nagbabawas ng reluctance at leakage flux sa air gap.

• Ang uri ng winding: Maaaring lap wound o wave wound ang winding, depende kung paano konektado ang coils sa commutator segments. Ang lap winding ay suitable para sa high-current at low-voltage machines, dahil ito ay nagbibigay ng maraming parallel paths para sa current flow. Ang wave winding ay suitable para sa low current at high voltage machines, dahil ito ay nagbibigay ng series connection ng coils at nagdaragdag ng voltages.

• Ang laki ng conductor: Ginagamit ang conductor para dalhin ang current sa armature winding. Ang laki ng conductor ay depende sa current density, na ang ratio ng current sa cross-sectional area. Mas mataas na current density ay nagreresulta sa mas mataas na copper loss at temperature rise, ngunit mas mababang conductor cost at weight. Mas mababang current density ay nagreresulta sa mas mababang copper loss at temperature rise, ngunit mas mataas na conductor cost at weight.

• Ang haba ng air gap: Ang air gap ay ang distansya sa pagitan ng stator at rotor poles. Ang haba ng air gap ay nakakaapekto sa flux density, reluctance, leakage flux, at armature reaction sa makina. Mas maliit na air gap ay nagreresulta sa mas mataas na flux density, mas mababang reluctance, mas mababang leakage flux, at mas mataas na armature reaction. Mas malaking air gap ay nagreresulta sa mas mababang flux density, mas mataas na reluctance, mas mataas na leakage flux, at mas mababang armature reaction.

Disenyo ng Armature (pagpapatuloy)

Ang ilan sa mga method na ginagamit para disenyuhin ang armature ay:

• EMF equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay sa induced EMF sa armature sa flux, speed, at bilang ng turns ng winding. Maaaring gamitin ito para matukoy ang kinakailangang dimensions at parameters ng armature para sa isang given output voltage at power.

kung saan Ea ang induced EMF sa volts, ϕ ang flux per pole sa webers, Z ang total number of conductors in series, N ang speed of rotation sa rpm, P ang bilang ng poles, at A ang bilang ng parallel paths.

• MMF equation: Ang equation na ito ay nag-uugnay sa magnetomotive force (MMF) na nagpapabuo ng armature winding sa current at bilang ng turns ng winding. Maaaring gamitin ito para matukoy ang