Cuộn dây rotor: Định nghĩa, Chức năng và Các bộ phận (Động cơ điện & Máy phát điện)

Armature là gì?

Armature là thành phần của máy điện (ví dụ: động cơ hoặc máy phát điện) mang dòng điện xoay chiều (AC). Armature dẫn AC ngay cả trên các máy DC (Dòng Điện Trực Tiếp) thông qua commutator (điều chỉnh định kỳ hướng dòng điện) hoặc do sự chuyển mạch điện tử (ví dụ: trong động cơ DC không chổi than).

Armature cung cấp vỏ bọc và hỗ trợ cho cuộn dây armature, tương tác với từ trường được hình thành trong khoảng cách giữa stator và rotor. Stator có thể là phần quay (rotor) hoặc phần tĩnh (stator).

Thuật ngữ armature được giới thiệu vào thế kỷ 19 như một thuật ngữ kỹ thuật có nghĩa là "người giữ nam châm".

Armature hoạt động như thế nào trong động cơ điện?

Động cơ điện chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học bằng cách sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi một dây dẫn mang dòng điện được đặt trong từ trường, nó trải qua một lực theo quy tắc tay trái của Fleming.

Trong động cơ điện, stator tạo ra từ trường quay bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện. Armature, thường là rotor, mang cuộn dây armature được kết nối với commutator và chổi than. Commutator chuyển hướng dòng điện trong cuộn dây armature khi nó quay để luôn đối xứng với từ trường.

Tương tác giữa từ trường và cuộn dây armature tạo ra mô men xoắn khiến armature quay. Trục gắn với armature chuyển năng lượng cơ học đến các thiết bị khác.

Armature hoạt động như thế nào trong máy phát điện?

Máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện bằng cách sử dụng nguyên lý cảm ứng điện từ. Khi một dây dẫn di chuyển trong từ trường, nó tạo ra lực điện động (EMF) theo định luật Faraday.

Trong máy phát điện, armature thường là rotor được dẫn động bởi một động cơ chính, chẳng hạn như động cơ diesel hoặc tua-bin. Armature mang cuộn dây armature được kết nối với commutator và chổi than. Stator tạo ra từ trường tĩnh bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện.

Chuyển động tương đối giữa từ trường và cuộn dây armature tạo ra EMF trong cuộn dây armature, gây ra dòng điện đi qua mạch ngoài. Commutator chuyển hướng dòng điện trong cuộn dây armature khi nó quay để tạo ra dòng điện xoay chiều (AC).

Các Phần và Sơ Đồ Của Roto

Roto bao gồm bốn phần chính: lõi, cuộn dây, bộ chuyển mạch, và trục. Sơ đồ của roto được hiển thị dưới đây.

Mất Mất Roto

Roto của máy điện bị mất nhiều loại khác nhau làm giảm hiệu suất và hiệu quả. Các loại mất mát chính của roto là:

• Mất mát đồng: Đây là mất mát công suất do điện trở của cuộn dây roto. Nó tỷ lệ thuận với bình phương của dòng điện roto và có thể được giảm bằng cách sử dụng dây dày hơn hoặc đường dẫn song song. Mất mát đồng có thể được tính bằng công thức:

trong đó Pc là mất mát đồng, Ia là dòng điện roto, và Ra là điện trở roto.

• Mất mát dòng xoáy: Đây là mất mát công suất do dòng điện cảm ứng trong lõi của roto. Những dòng điện này được gây ra bởi từ thông thay đổi và tạo ra nhiệt và mất mát từ. Mất mát dòng xoáy có thể được giảm bằng cách sử dụng vật liệu lõi mỏng hoặc tăng khoảng cách không khí. Mất mát dòng xoáy có thể được tính bằng công thức:

trong đó Pe là mất mát dòng xoáy, ke là hằng số phụ thuộc vào vật liệu và hình dạng lõi, Bm là mật độ từ thông cực đại, f là tần số đảo ngược từ thông, t là độ dày của mỗi lớp mỏng, và V là thể tích của lõi.

• Mất mát do hysteresis: Đây là mất mát công suất do quá trình từ hóa và phi từ hóa lặp đi lặp lại của lõi roto. Quá trình này gây ma sát và nhiệt trong cấu trúc phân tử của vật liệu lõi. Mất mát do hysteresis có thể được giảm bằng cách sử dụng vật liệu từ mềm có độ coercivity thấp và độ thẩm thấu cao. Mất mát do hysteresis có thể được tính bằng công thức:

trong đó Ph là mất mát do hysteresis, kh là hằng số phụ thuộc vào vật liệu lõi, Bm là mật độ từ thông cực đại, f là tần số đảo ngược từ thông, và V là thể tích của lõi.

Tổng mất mát roto có thể được tính bằng cách cộng cả ba loại mất mát này:

Hiệu suất armature có thể được định nghĩa là tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào của armature:

trong đó ηa là hiệu suất armature, Po là công suất đầu ra, và Pi là công suất đầu vào của armature.

Thiết kế Armature

Thiết kế của armature ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả của máy điện. Một số yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế armature bao gồm:

• Số lượng rãnh: Các rãnh được sử dụng để chứa cuộn dây armature và cung cấp hỗ trợ cơ học. Số lượng rãnh phụ thuộc vào loại cuộn dây, số cực, và kích thước của máy. Nhìn chung, nhiều rãnh hơn dẫn đến phân phối từ thông và dòng điện tốt hơn, phản kháng thấp hơn, và lực kéo mượt mà hơn. Tuy nhiên, nhiều rãnh cũng làm tăng trọng lượng và chi phí của armature, giảm không gian cho cách điện và làm mát, và tăng từ thông rò rỉ và phản ứng armature.

• Hình dạng của rãnh: Các rãnh có thể mở hoặc đóng, tùy thuộc vào việc chúng có tiếp xúc với khe hở không khí hay không. Rãnh mở dễ quấn và làm mát hơn, nhưng chúng làm tăng từ kháng và từ thông rò rỉ trong khe hở không khí. Rãnh đóng khó quấn và làm mát hơn, nhưng chúng giảm từ kháng và từ thông rò rỉ trong khe hở không khí.

• Loại cuộn dây: Cuộn dây có thể là cuộn dây lap hoặc cuộn dây wave, tùy thuộc vào cách các cuộn dây được kết nối với các đoạn commutator. Cuộn dây lap phù hợp cho các máy có dòng điện cao và điện áp thấp, vì nó cung cấp nhiều đường dẫn song song cho dòng điện. Cuộn dây wave phù hợp cho các máy có dòng điện thấp và điện áp cao, vì nó cung cấp một kết nối串联错误，我将立即纠正并继续翻译： ```html

• Loại cuộn dây: Cuộn dây có thể là cuộn dây lap hoặc cuộn dây wave, tùy thuộc vào cách các cuộn dây được kết nối với các đoạn commutator. Cuộn dây lap phù hợp cho các máy có dòng điện cao và điện áp thấp, vì nó cung cấp nhiều đường dẫn song song cho dòng điện. Cuộn dây wave phù hợp cho các máy có dòng điện thấp và điện áp cao, vì nó cung cấp một kết nối chuỗi của cuộn dây và cộng thêm các điện áp.

• Kích thước của dây dẫn: Dây dẫn được sử dụng để truyền tải dòng điện trong cuộn dây armature. Kích thước của dây dẫn phụ thuộc vào mật độ dòng điện, tức là tỷ lệ giữa dòng điện và diện tích mặt cắt ngang. Mật độ dòng điện cao hơn dẫn đến tổn thất đồng lớn hơn và nhiệt độ tăng cao hơn, nhưng chi phí và trọng lượng dây dẫn thấp hơn. Mật độ dòng điện thấp hơn dẫn đến tổn thất đồng thấp hơn và nhiệt độ tăng thấp hơn, nhưng chi phí và trọng lượng dây dẫn cao hơn.

• Độ dài của khe hở không khí: Khe hở không khí là khoảng cách giữa các cực của stator và rotor. Độ dài của khe hở không khí ảnh hưởng đến mật độ từ thông, từ kháng, từ thông rò rỉ và phản ứng armature trong máy. Khe hở không khí nhỏ hơn dẫn đến mật độ từ thông cao hơn, từ kháng thấp hơn, từ thông rò rỉ thấp hơn và phản ứng armature cao hơn. Khe hở không khí lớn hơn dẫn đến mật độ từ thông thấp hơn, từ kháng cao hơn, từ thông rò rỉ cao hơn và phản ứng armature thấp hơn.

Thiết kế Armature (tiếp theo)

Một số phương pháp được sử dụng để thiết kế armature bao gồm:

• Phương trình EMF: Phương trình này liên kết điện áp cảm ứng trong armature với từ thông, tốc độ, và số vòng cuộn. Nó có thể được sử dụng để xác định các kích thước và tham số cần thiết của armature cho một điện áp và công suất đầu ra cụ thể.

trong đó Ea là điện áp cảm ứng (EMF) tính bằng volt, ϕ là lượng thông từ mỗi cực tính bằng weber, Z là tổng số dây dẫn nối tiếp, N là tốc độ quay tính bằng vòng/phút, P là số cực, và A là số đường dẫn song song.

• Phương trình MMF: Phương trình này liên kết lực từ động (MMF) được tạo ra bởi cuộn dây armature với dòng điện và số vòng của cuộn dây. Nó có thể được sử dụng để xác định dòng điện và số vòng cần thiết cho một giá trị MMF và thông từ cụ thể.

trong đó Fa là MMF tính bằng ampe-vòng, Ia là dòng điện armature tính bằng ampe, Z là tổng số dây dẫn nối tiếp, và A là số đường dẫn song song.

• Phương trình mô men xoắn: Phương trình này liên kết mô men xoắn được tạo ra bởi armature với công suất và tốc độ quay. Nó có thể được sử dụng để xác định công suất và tốc độ cần thiết cho một mô men xoắn và tải cụ thể.

trong đó T là mô men xoắn tính bằng Newton mét, P là công suất tính bằng watt, và ω là tốc độ góc tính bằng radian/giây.

Kết luận

Armature là thành phần quan trọng của máy điện mang dòng điện xoay chiều và tương tác với trường từ. Nó bao gồm bốn phần chính: lõi, cuộn dây, commutator, và trục. Armature có thể được sử dụng như một động cơ hoặc máy phát, tùy thuộc vào việc nó chuyển đổi năng lượng điện thành năng lượng cơ học hoặc ngược lại.

Thiết kế armature ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu quả của máy, và nó có thể được xác định bằng cách sử dụng các phương trình liên quan đến EMF, MMF, và mô men xoắn. Armature cũng chịu các tổn thất khác nhau như tổn thất đồng, tổn thất dòng xoáy, và tổn thất hysteresis, làm giảm công suất đầu ra và tăng nhiệt độ. Armature có thể được kiểm tra lỗi hoặc hư hỏng bằng cách đo điện trở, tính liên tục, và cách điện. Armature được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng như máy công nghiệp, đồ gia dụng, xe cộ, và sản xuất điện.

Tuyên bố: Trân trọng các bài viết tốt đáng chia sẻ, nếu có vi phạm quyền riêng tu vui lòng liên hệ để xóa.