Электр машинасының қуат бөлігі – арматура. Ол ток өткізгіш орамдардан тұрады, электр қозғалтқыштарында маңызды рөл атқарады. Құрылымы мен жұмысы туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Электр машинасының қуат өндіретін бөлігі – электр техникасында арматура.
Power producing component of an electric machine
armature in electrical engineering
Электр техникасында арматура – электр машинасының ауыспалы токты өткізетін орауы (немесе ораулар жиынтығы). Арматура орамдары коммутатордың әрекеті (тоқтың бағытын мерзімді түрде өзгерту арқылы) немесе электрондық коммутация (мысалы, щеткасыз DC қозғалтқыштарда) нәтижесінде тіпті DC машиналарда да АЖ өткізеді. Арматура электр машинасының түріне байланысты роторда (айналмалы бөлік) немесе статорда (тұрақты бөлік) орналасуы мүмкін. Арматура орамдары ауа саңылауындағы магнит өрісімен (магниттік ағынмен) өзара әрекеттеседі; магнит өрісі тұрақты магниттермен немесе өткізгіш катушкадан құралған электромагниттермен жасалады. Арматура ток өткізгіш болуы керек, сондықтан ол әрқашан өткізгіш немесе өткізгіш орам болып табылады, және әдетте өріске және қозғалыс бағытына (айналу моменті – айналмалы машина, күш – сызықтық машина) перпендикуляр орналасады. Арматураның екі маңызды қызметі бар. Біріншісі – токты өріс арқылы өткізу, осылайша айналмалы машинада валдың айналу моментін немесе сызықтық машинада күшті құру. Екінші қызметі – электродвигутельді күш (ЭМҚ) жасау. Арматурада ЭМҚ арматура мен өрістің салыстырмалы қозғалысынан пайда болады. Машина немесе мотор қозғалтқыш ретінде қолданылғанда, бұл ЭМҚ арматура тогына қарсы әрекет етеді, ал арматура электр қуатын механикалық қуатқа (айналу моменті түрінде) түрлендіріп, вал арқылы жібереді. Машина генератор ретінде қолданылғанда, арматура ЭМҚ арматура тогын қозғайды, ал валдың қозғалысы электр қуатына айналады. Индукциялық генераторда өндірілген қуат статордан алынады. Арматурадағы қысқа тұйықталулар, ашық тізбектер және жерге ағып кетулерді тексеру үшін гровер қолданылады.
In electrical engineering, the armature is the winding (or set of windings) of an electric machine which carries alternating current. The armature windings conduct AC even on DC machines, due to the commutator action (which periodically reverses current direction) or due to electronic commutation, as in brushless DC motors. The armature can be on either the rotor (rotating part) or the stator (stationary part), depending on the type of electric machine. The armature windings interact with the magnetic field (magnetic flux) in the air gap; the magnetic field is generated either by permanent magnets, or electromagnets formed by a conducting coil. The armature must carry current, so it is always a conductor or a conductive coil, oriented normal to both the field and to the direction of motion, torque (rotating machine), or force (linear machine). The armature's role is twofold. The first is to carry current across the field, thus creating shaft torque in a rotating machine or force in a linear machine. The second role is to generate an electromotive force (EMF). In the armature, an electromotive force is created by the relative motion of the armature and the field. When the machine or motor is used as a motor, this EMF opposes the armature current, and the armature converts electrical power to mechanical power in the form of torque, and transfers it via the shaft. When the machine is used as a generator, the armature EMF drives the armature current, and the shaft's movement is converted to electrical power. In an induction generator, generated power is drawn from the stator. A growler is used to check the armature for short and open circuits and leakages to ground.
Терминология
Арматура сөзі алғаш рет электр мағынасында, яғни магнитті ұстап тұратын құрылғы ретінде 19 ғасырдың ортасында қолданылған. Альтернатордың немесе оған қатысты жабдықтың бөліктерін механикалық немесе электрлік терминдермен сипаттауға болады. Бұл екі терминология жиынтығы бір-бірінен ерекшеленсе де, олар көбінесе бірін-бірі алмастырып немесе бір механикалық және бір электрлік терминнен тұратын комбинацияларда қолданылады. Бұл, мысалы, қылшықтанбаған генераторлар сияқты күрделі машиналармен жұмыс істегенде немесе әртүрлі конструкциядағы машиналармен жұмыс істеуге үйренген адамдар арасында шатасуға себеп болуы мүмкін. Көптеген генераторларда өріс магниттері айналады және ротордың бөлігі болып табылады, ал арматура тұрақты болып, статордың бөлігі болып табылады. Моторлар мен генераторлар тұрақты арматурасы және айналмалы өрісімен немесе айналмалы арматурасы және тұрақты өрісімен құрастырылуы мүмкін. Тұрақты магниттің немесе электромагниттің полюстік бөлігі, сондай-ақ соленоидтың жылжымалы темір бөлігі, әсіресе ол коммутатор немесе реле ретінде жұмыс істесе, арматура деп те аталуы мүмкін.
The word armature was first used in its electrical sense, i. e. keeper of a magnet, in mid 19th century. The parts of an alternator or related equipment can be expressed in either mechanical terms or electrical terms. Although distinctly separate these two sets of terminology are frequently used interchangeably or in combinations that include one mechanical term and one electrical term. This may cause confusion when working with compound machines like brushless alternators, or in conversation among people who are accustomed to work with differently configured machinery. In most generators, the field magnet is rotating, and is part of the rotor, while the armature is stationary, and is part of the stator. Both motors and generators can be built either with a stationary armature and a rotating field or a rotating armature and a stationary field. The pole piece of a permanent magnet or electromagnet and the moving, iron part of a solenoid, especially if the latter acts as a switch or relay, may also be referred to as armatures.
Ағымдағы ток машинасындағы арматура реакциясы
DC машинада магниттік ағымның екі көзі бар: «жабдық ағымы» және «негізгі өріс ағымы». Арматура ағымының негізгі өріс ағымына тигізетін әсері «арматуралық реакция» деп аталады. Арматуралық реакция магниттік өрістің таралуын өзгертеді, бұл машинаның жұмысына әсер етеді. Арматура ағымының әсерін негізгі полюстерге компенсациялық орау қосу арқылы немесе кейбір машиналарда арматура тізбегіне қосылған аралық магниттік полюстерді қосу арқылы тоқтатуға болады. Арматуралық реакция амплидиндік айналмалы күшейткіштерде маңызды рөл атқарады. Арматуралық реакцияның құлдырауы – генератордың негізгі полюстері астындағы ағым таралуына магниттік өрістің тигізетін әсері. Арматура сым орамаларымен оралғандықтан, ток өткен кезде арматурада магниттік өріс пайда болады. Бұл өріс генератор өрісіне перпендикуляр орналасқан және арматураның көлденең магниттелуі деп аталады. Арматура өрісінің әсері генератор өрісін бұрмалап, бейтарап жазықтықты ығыстырады. Бейтарап жазықтық – арматура орамалары магниттік ағын сызықтарына параллель қозғалатын орын, сондықтан осы жазықтықта жатқан ось магниттік бейтарап ось (МБО) деп аталады. Бұл құбылыс арматуралық реакция деп аталады және арматура орамаларындағы токқа пропорционал. Геометриялық бейтарап ось (ГБО) – жақын орналасқан полюстердің орта сызықтары арасындағы бұрышты екіге бөлетін ось. Магниттік бейтарап ось (МБО) – арматураның ортасынан өтетін ағынның орташа бағытына перпендикуляр жүргізілген ось. Бұл ось бойында арматура өткізгіштерінде ЭҚК туындамайды, себебі олар ағынды кесіп өтпейді. Арматура өткізгіштерінде ток болмағанда МБО, ГБО-мен сәйкес келеді. Генератордың щеткалары бейтарап жазықтықта орнатылуы керек, яғни олар ЭҚК тудырмайтын арматура орамаларына қосылған коммутатор сегменттеріне жанасуы тиіс. Егер щеткалар бейтарап жазықтықтан тыс коммутатор сегменттеріне жанасса, «тірі» катушкаларды қысқа тұйықтап, доға пайда болып, қуат жоғалтуы мүмкін. Арматуралық реакция болмаса, магниттік бейтарап ось (МБО) геометриялық бейтарап осьпен (ГБО) сәйкес келер еді. Арматуралық реакция бейтарап жазықтықты айналу бағытында ығыстырады, сондықтан егер щеткалар жүктемесіз жағдайда бейтарап жазықтықта болса, яғни арматура тогы ақпағанда, арматура тогы аққанда олар бейтарап жазықтықта болмайды. Осы себепті генератордың конструкциясында түзету жүйесін енгізу қажет. Арматуралық реакцияның әсерін жеңудің екі негізгі тәсілі бар. Бірінші тәсіл – генератор қалыпты жүктемелік токтың шығаруын қамтамасыз ететін кезде щеткалардың орнын бейтарап жазықтықта орналастыру. Екінші тәсілде генераторға арматуралық реакцияның әсеріне қарсы тұру үшін арнайы өріс полюстері, интерполюстер орнатылады. Щетка орнату әдісі генератор тұрақты жүктемемен жұмыс істейтін жағдайларда қанағаттанарлық. Егер жүктеме айтарлықтай өзгерсе, бейтарап жазықтық пропорционалды түрде ығысады және щеткалар әрдайым дұрыс орналаспайды. Щетка орнату әдісі – шағын генераторларда (шамамен 1000 Вт немесе одан аз қуат беретін) арматуралық реакцияны түзетудің ең көп таралған тәсілі. Үлкен генераторларға интерполюстерді пайдалану қажет.
In a DC machine, two sources of magnetic fluxes are present; 'armature flux' and 'main field flux'. The effect of armature flux on the main field flux is called "armature reaction". The armature reaction changes the distribution of the magnetic field, which affects the operation of the machine. The effects of the armature flux can be offset by adding a compensating winding to the main poles, or in some machines adding intermediate magnetic poles, connected in the armature circuit. Armature reaction is essential in amplidyne rotating amplifiers. Armature reaction drop is the effect of a magnetic field on the distribution of the flux under main poles of a generator. Since an armature is wound with coils of wire, a magnetic field is set up in the armature whenever a current flows in the coils. This field is at right angles to the generator field and is called cross magnetization of the armature. The effect of the armature field is to distort the generator field and shift the neutral plane. The neutral plane is the position where the armature windings are moving parallel to the magnetic flux lines, that is why an axis lying in this plane is called as magnetic neutral axis (MNA). This effect is known as armature reaction and is proportional to the current flowing in the armature coils. The geometrical neutral axis (GNA) is the axis that bisects the angle between the centre line of adjacent poles. The magnetic neutral axis (MNA) is the axis drawn perpendicular to the mean direction of the flux passing through the centre of the armature. No e. m. f. is produced in the armature conductors along this axis because then they cut no flux. When no current is there in the armature conductors, the MNA coincides with GNA. The brushes of a generator must be set in the neutral plane; that is, they must contact segments of the commutator that are connected to armature coils having no induced emf. If the brushes were contacting commutator segments outside the neutral plane, they would short circuit "live" coils and cause arcing and loss of power. Without armature reaction, the magnetic neutral axis (MNA) would coincide with geometrical neutral axis (GNA). Armature reaction causes the neutral plane to shift in the direction of rotation, and if the brushes are in the neutral plane at no load, that is, when no armature current is flowing, they will not be in the neutral plane when armature current is flowing. For this reason it is desirable to incorporate a corrective system into the generator design. These are two principal methods by which the effect of armature reaction is overcome. The first method is to shift the position of the brushes so that they are in the neutral plane when the generator is producing its normal load current. in the other method, special field poles, called interpoles, are installed in the generator to counteract the effect of armature reaction. The brush setting method is satisfactory in installations in which the generator operates under a fairly constant load. If the load varies to a marked degree, the neutral plane will shift proportionately, and the brushes will not be the correct position at all times. The brush setting method is the most common means of correcting for armature reaction in small generators (those producing approximately 1,000 W or less). Larger generators require the use of interpoles.
Бұрау схемалары
Орау орамдары ауа аралығының бүкіл бетінде таратылады, ол машинаның роторы немесе статоры болуы мүмкін. "Қосымша" орамда, өріс орамасындағы полюстер санына тең ток жолдары шүберек (немесе желілік) қосылымдар арасында болады. "Тұбырлы" орамда тек екі жол ғана болады, ал тізбектелген орамдар саны полюстер санының жартысына тең. Сондықтан, берілген машина қуаты үшін, тұбырлы орам үлкен ток пен төмен кернеу үшін жақсырақ қолданылады. Ораулар ротордың немесе статор магниттерімен жабылған арматурадағы ойықтарда бекітіледі. Ораулардың нақты таралуы және өріс полюсіне шаққандағы ойықтар санын таңдау машинаның конструкциясына және оның жұмысына үлкен әсер етеді, мысалы, тұрақты ток машинасының коммутациясына немесе айнымалы ток машинасының толқын пішініне.
Coils of the winding are distributed over the entire surface of the air gap, which may be the rotor or the stator of the machine. In a "lap" winding, there are as many current paths between the brush (or line) connections as there are poles in the field winding. In a "wave" winding, there are only two paths, and there are as many coils in series as half the number of poles. So, for a given rating of machine, a wave winding is more suitable for large currents and low voltages. Windings are held in slots in the rotor or armature covered by stator magnets. The exact distribution of the windings and selection of the number of slots per pole of the field greatly influences the design of the machine and its performance, affecting such factors as commutation in a DC machine or the waveform of an AC machine.
Орау материалдары
Арматураның сымдары мыстан немесе алюминийден жасалады. Мыс арматура сымдары жоғары электр өткізгіштігінің арқасында электр тиімділігін жақсартады. Алюминий арматура сымдары мысқа қарағанда жеңіл және төмен бағалы.
Armature wiring is made from copper or aluminum. Copper armature wiring enhances electrical efficiencies due to its higher electrical conductivity. Aluminum armature wiring is lighter and less expensive than copper.