Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Компонент, вырабатывающий энергию в электрической машине – арматура в электротехнике.
Power producing component of an electric machine
armature in electrical engineering
В электротехнике арматура – это обмотка (или набор обмоток) электрической машины, по которой протекает переменный ток. Обмотки арматуры проводят переменный ток даже в машинах постоянного тока благодаря действию коммутатора (периодически меняющего направление тока) или электронной коммутации, как в бесщеточных двигателях постоянного тока. Арматура может располагаться как на роторе (вращающейся части), так и на статоре (неподвижной части), в зависимости от типа электрической машины. Обмотки арматуры взаимодействуют с магнитным полем (магнитным потоком) в воздушном зазоре; магнитное поле создается либо постоянными магнитами, либо электромагнитами, образованными проводящей катушкой. Арматура должна проводить ток, поэтому она всегда представляет собой проводник или проводящую катушку, ориентированную перпендикулярно как полю, так и направлению движения, крутящему моменту (во вращательной машине) или силе (в линейной машине). Арматура выполняет двойную функцию. Первая – проводить ток через поле, тем самым создавая крутящий момент на валу во вращательной машине или силу в линейной машине. Вторая функция – генерировать электродвижущую силу (ЭДС). В арматуре ЭДС возникает в результате относительного движения арматуры и поля. Когда машина или двигатель используется как двигатель, эта ЭДС противодействует току арматуры, и арматура преобразует электрическую мощность в механическую в виде крутящего момента, передавая ее через вал. Когда машина используется как генератор, ЭДС арматуры создает ток в арматуре, и движение вала преобразуется в электрическую энергию. В индукционном генераторе генерируемая мощность снимается со статора. Ровник используется для проверки арматуры на наличие коротких замыканий, обрывов и утечек на корпус.
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
Слово "арматура" впервые было использовано в электрическом значении, то есть как сердечник магнита, в середине XIX века. Компоненты генератора или связанного с ним оборудования могут быть описаны как в механических, так и в электрических терминах. Хотя эти два набора терминов четко разграничены, они часто используются взаимозаменяемо или в комбинациях, включающих один механический и один электрический термин. Это может приводить к путанице при работе со сложными машинами, такими как бесконтактные генераторы, или в общении между специалистами, привыкшими к работе с машинами различной конструкции. В большинстве генераторов обмотка возбуждения вращается и является частью ротора, а арматура неподвижна и является частью статора. Как двигатели, так и генераторы могут быть сконструированы как с неподвижной арматурой и вращающимся полем, так и с вращающейся арматурой и неподвижным полем. Сердечник постоянного магнита или электромагнита, а также подвижная железная часть соленоида, особенно если последний используется в качестве переключателя или реле, также могут называться арматурой.
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.
Реакция арматуры в машине постоянного тока
В машине постоянного тока присутствуют два источника магнитных потоков: «поток якоря» и «поток главного поля». Влияние потока якоря на поток главного поля называется «реакцией якоря». Реакция якоря изменяет распределение магнитного поля, что влияет на работу машины. Воздействие потока якоря можно компенсировать добавлением компенсирующей обмотки к главным полюсам или, в некоторых машинах, добавлением промежуточных магнитных полюсов, соединенных в цепь якоря. Реакция якоря играет важную роль в ротационных усилителях амплидинов. Падение от реакции якоря – это влияние магнитного поля на распределение потока под главными полюсами генератора. Поскольку якорь обмотан катушками проволоки, в нем возникает магнитное поле всякий раз, когда по катушкам течет ток. Это поле расположено под прямым углом к полю генератора и называется поперечной намагниченностью якоря. Эффект поля якоря заключается в искажении поля генератора и смещении нейтральной плоскости. Нейтральная плоскость – это положение, в котором обмотки якоря движутся параллельно линиям магнитного потока, поэтому ось, лежащая в этой плоскости, называется магнитной нейтральной осью (MNA). Этот эффект известен как реакция якоря и пропорционален току, протекающему в катушках якоря. Геометрическая нейтральная ось (GNA) – это ось, которая делит пополам угол между центральными линиями соседних полюсов. Магнитная нейтральная ось (MNA) – это ось, проведенная перпендикулярно среднему направлению потока, проходящего через центр якоря. Вдоль этой оси в проводниках якоря не возникает ЭДС, поскольку они не пересекают линии потока. Когда в проводниках якоря нет тока, MNA совпадает с GNA. Щетки генератора должны быть установлены в нейтральной плоскости, то есть они должны контактировать с сегментами коммутатора, соединенными с катушками якоря, в которых не индуцируется ЭДС. Если бы щетки контактировали с сегментами коммутатора за пределами нейтральной плоскости, они могли бы замкнуть «рабочие» катушки, вызвав дугообразование и потерю мощности. Без реакции якоря магнитная нейтральная ось (MNA) совпадала бы с геометрической нейтральной осью (GNA). Реакция якоря вызывает смещение нейтральной плоскости в направлении вращения, и если щетки находятся в нейтральной плоскости при холостом ходе, то есть когда ток якоря отсутствует, они не будут находиться в нейтральной плоскости при протекании тока якоря. По этой причине желательно предусмотреть корректирующую систему в конструкции генератора. Существуют два основных метода преодоления эффекта реакции якоря. Первый метод заключается в смещении положения щеток так, чтобы они находились в нейтральной плоскости при нормальной нагрузке генератора. Второй метод предполагает установку специальных полюсов, называемых интерполюсами, в генераторе для противодействия эффекту реакции якоря. Метод установки щеток пригоден для установок, в которых генератор работает при относительно постоянной нагрузке. Если нагрузка значительно меняется, нейтральная плоскость будет смещаться пропорционально, и щетки не всегда будут находиться в правильном положении. Метод установки щеток является наиболее распространенным способом коррекции реакции якоря в небольших генераторах (мощностью примерно 1000 Вт или менее). Для более крупных генераторов требуется использование интерполюсов.
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.
Намотки
Обмотки распределены по всей поверхности воздушного зазора, который может быть ротором или статором машины. В обмотке "лап" количество путей тока между щеточными (или линейными) соединениями равно числу полюсов обмотки возбуждения. В "волновой" обмотке существует только два пути, а последовательно соединенных катушек в два раза меньше числа полюсов. Таким образом, для заданной мощности машины, волновая обмотка более подходит для больших токов и низких напряжений. Обмотки размещаются в пазах ротора или якоря, покрытых магнитами статора. Точное распределение обмоток и выбор количества пазов на полюс обмотки возбуждения существенно влияют на конструкцию и характеристики машины, такие как коммутация в машине постоянного тока или форма волны в машине переменного тока.
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.
Материалы для намотки
Проводка обмотки якоря выполняется из меди или алюминия. Медная проводка обмотки якоря повышает электрический КПД благодаря более высокой электропроводности. Алюминиевая проводка обмотки якоря легче и дешевле медной.
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.