Bobin: Tanım Fonksiyon ve Parçaları (Elektrikli Motor & Jeneratör)
Armatur Nedir?
Armatur, elektrik makinesi (örneğin, bir motor veya jeneratör) parçasıdır ve alternatif akımı (AC) taşır. Armatur, komütatör aracılığıyla (periyodik olarak akım yönünü tersine çeviren) veya fırçalı olmayan DC motorlarda elektronik komütasyon nedeniyle (DC) makinelerde de AC taşıyabilir.
Armatur, stator ve rotor arasındaki havada oluşan manyetik alanda etkileşim kuran armatur sarımı için konak ve destek sağlar. Stator, dönen bir parçayken (rotor) ya da sabit bir parçayken (stator) olabilir.
Armatur terimi, 19. yüzyılda "magneti koruyucu" anlamına gelen teknik bir terim olarak tanıtıldı.
Bir Elektrik Motorunda Armatur Nasıl Çalışır?
Elektrik motoru, elektromanyetik indüksiyon ilkesini kullanarak elektrik enerjisini mekanik enerjiye dönüştürür. Akım taşıyan bir iletken manyetik alanda yerleştirildiğinde, Fleming'in sol el kuralına göre bir kuvvet deneyimler.
Elektrik motorunda, stator kalıcı mıknatıslar veya elektromıknatıslar kullanarak dönen bir manyetik alan oluşturur. Genellikle rotordan olan armatur, komütatöre ve fırçalara bağlı olan armatur sarımını taşır. Komütatör, armatur sarımındaki akım yönünü, her zaman manyetik alana hizalanacak şekilde değiştirir.
Manyetik alan ile armatur sarımı arasındaki etkileşim, armaturu döndüren bir tork üretir. Armatur'a bağlı şaft, mekanik gücü diğer cihazlara aktarır.
Bir Elektrik Jeneratöründe Armatur Nasıl Çalışır?
Elektrik jeneratörü, elektromanyetik indüksiyon ilkesini kullanarak mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür. Bir iletken manyetik alanda hareket ederken, Faraday yasasına göre bir elektromotiv kuvvet (EMK) indükler.
Elektrik jeneratöründe, genellikle armatur, dizel motor veya türbin gibi bir ana itici güç tarafından sürülen rotordur. Armatur, komütatöre ve fırçalara bağlı olan armatur sarımını taşır. Stator, kalıcı mıknatıslar veya elektromıknatıslar kullanarak sabit bir manyetik alan oluşturur.
Manyetik alan ile armatur sarımı arasındaki göreceli hareket, armatur sarımında bir EMK indükler ve dış devrede bir elektrik akımını sürükler. Komütatör, armaturun dönerken armatur sarımındaki akım yönünü değiştirerek, bu şekilde bir alternatif akım (AC) üretir.
Armatur Parçaları ve Şema
Armatur, çekirdek, sarım, komütatör ve şaft olmak üzere dört ana parçadan oluşur. Aşağıda bir armatur şeması gösterilmiştir.
Armatur Kayıpları
Bir elektrik makinesinin armaturu, verimliliğini ve performansını azaltan çeşitli kayıplara maruz kalır. Ana armatur kayıpları şunlardır:
Bakır kaybı: Bu, armatur sarımının direncine bağlı olarak ortaya çıkan güç kaybıdır. Bu kayıp, armatur akımının karesine orantılıdır ve daha kalın tel veya paralel yollar kullanılarak azaltılabilir. Bakır kaybı, aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
burada Pc bakır kaybı, Ia armatur akımı ve Ra armatur direncidir.
Tarama akım kaybı: Bu, armatur çekirdeğinde induksiyon akımlarından kaynaklanan güç kaybıdır. Bu akımlar, değişen manyetik akım ve ısı üretir. Tarama akım kaybı, lamine çekirdek malzemeleri kullanarak veya hava boşluğunu artırarak azaltılabilir. Tarama akım kaybı, aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
burada Pe tarama akım kaybı, ke çekirdek malzemesi ve şekline bağlı bir sabit, Bm maksimum akım yoğunluğu, f akım ters çevirme frekansı, t her bir laminasyonun kalınlığı ve V çekirdeğin hacmidir.
Histeresis kaybı: Bu, armatur çekirdeğinin sürekli manyetize ve demanyetize edilmesinden kaynaklanan güç kaybıdır. Bu süreç, çekirdek malzemesinin moleküler yapısında sürtünme ve ısı üretir. Histeresis kaybı, düşük koersivite ve yüksek geçirgenliğe sahip yumuşak manyetik malzemeler kullanılarak azaltılabilir. Histeresis kaybı, aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
burada Ph histeresis kaybı, kh çekirdek malzemesine bağlı bir sabit, Bm maksimum akım yoğunluğu, f akım ters çevirme frekansı ve V çekirdeğin hacmidir.
Toplam armatur kaybı, bu üç kaybı toplayarak elde edilebilir:
Armatur verimliliği, armaturun çıkış gücünün giriş gücüne oranı olarak tanımlanabilir:
burada ηa armatur verimliliği, Po çıkış gücü ve Pi armaturun giriş gücüdür.
Armatur Tasarımı
Armatur tasarımı, elektrik makinesinin performansını ve verimliliğini etkiler. Armatur tasarımını etkileyen bazı faktörler şunlardır:
Yuva sayısı: Yuvalar, armatur sarımını barındırır ve mekanik destek sağlar. Yuva sayısı, sarım tipine, kutup sayısına ve makinenin boyutuna bağlıdır. Genel olarak, daha fazla yuva, akım ve manyetik akımın daha iyi dağılımı, daha düşük reaktans ve kayıp, ve daha pürüzsüz tork sonuçları verir. Ancak, daha fazla yuva aynı zamanda armaturun ağırlığını ve maliyetini artırır, yalıtım ve soğutma için alanı azaltır ve sızıntı manyetik akımı ve armatur tepkisini artırır.
Yuva şekli: Yuvalar, havada açık veya kapalı olabilir, havada açık olan yuvalar sarımı kolaylaştırır ve soğutmayı kolaylaştırır, ancak havada manyetik akım ve sızıntı manyetik akımı artırır. Kapalı yuvalar sarımı ve soğutmayı zorlaştırır, ancak havada manyetik akım ve sızıntı manyetik akımı azaltır.
Sarım tipi: Sarım, komütatör segmentlerine nasıl bağlandığına bağlı olarak lap sarımı veya dalga sarımı olabilir. Lap sarımı, yüksek akım ve düşük voltajlı makineler için uygun olup, akım akışı için birden fazla paralel yol sağlar. Dalga sarımı, düşük akım ve yüksek voltajlı makineler için uygun olup, bobinlerin seri bağlantısı sağlar ve gerilimleri toplar.
İletkenin boyutu: İletken, armatur sarımında akımı taşır. İletkenin boyutu, akım yoğunluğuna bağlıdır, bu akım kesit alanına oranıdır. Yüksek akım yoğunluğu, daha yüksek bakır kaybı ve sıcaklık artışı sonuçlanır, ancak daha düşük iletken maliyeti ve ağırlık. Düşük akım yoğunluğu, daha düşük bakır kaybı ve sıcaklık artışı sonuçlanır, ancak daha yüksek iletken maliyeti ve ağırlık.
Hava boşluğunun uzunluğu: Hava boşluğu, stator ve rotor kutupları arasındaki mesafedir. Hava boşluğunun uzunluğu, makinedeki manyetik akım yoğunluğu, reluctans, sızıntı manyetik akım ve armatur tepkisini etkiler. Küçük hava boşluğu, daha yüksek manyetik akım yoğunluğu, daha düşük reluctans, daha düşük sızıntı manyetik akım ve daha yüksek armatur tepkisi sonuçlanır. Büyük hava boşluğu, daha düşük manyetik akım yoğunluğu, daha yüksek reluctans, daha yüksek sızıntı manyetik akım ve daha düşük armatur tepkisi sonuçlanır.
Armatur Tasarımı (devam)
Armatur tasarımı için kullanılan bazı yöntemler şunlardır:
EMK denklemi: Bu denklem, armaturda induksiyon edilen EMK'yi, manyetik akım, hız ve sarımın bobin sayısına ilişkilendirir. Belirli bir çıkış gerilimi ve gücü için armaturun gerekli boyutlarını ve parametrelerini belirlemek için kullanılabilir.
burada Ea volt cinsinden induksiyon edilen EMK, ϕ weber cinsinden her kutup başına manyetik akım, Z serideki toplam iletken sayısı, N dakikada devir hızı, P kutup sayısı ve A paralel yolların sayısıdır.
