В электротехнике якорь — это обмотка (или набор обмоток) электрической машины , которая проводит переменный ток . [1] Обмотки якоря проводят переменный ток даже в машинах постоянного тока из-за действия коммутатора (который периодически меняет направление тока) или из-за электронной коммутации, как в бесщеточных двигателях постоянного тока . Якорь может находиться либо на роторе (вращающейся части), либо на статоре (неподвижной части), в зависимости от типа электрической машины.
Обмотки якоря взаимодействуют с магнитным полем ( магнитным потоком ) в воздушном зазоре; магнитное поле создается либо постоянными магнитами, либо электромагнитами, образованными проводящей катушкой.
Якорь должен переносить ток , поэтому он всегда является проводником или токопроводящей катушкой, ориентированной перпендикулярно как полю, так и направлению движения, крутящему моменту (вращающаяся машина) или силе (линейная машина). Роль якоря двояка. Первая — переносить ток через поле, тем самым создавая крутящий момент вала во вращающейся машине или силу в линейной машине. Вторая роль — генерировать электродвижущую силу (ЭДС).
В якоре электродвижущая сила создается относительным движением якоря и поля. Когда машина или двигатель используется в качестве двигателя, эта ЭДС противодействует току якоря, а якорь преобразует электрическую энергию в механическую энергию в форме крутящего момента и передает ее через вал. Когда машина используется в качестве генератора, ЭДС якоря приводит в действие ток якоря, а движение вала преобразуется в электрическую энергию. В асинхронном генераторе генерируемая мощность отбирается из статора .
Гроулер используется для проверки якоря на наличие коротких замыканий и обрывов, а также утечек на землю .
Слово «арматура» впервые было использовано в электрическом смысле, т.е. как держатель магнита , в середине 19 века. [2]
Части генератора переменного тока или связанного с ним оборудования могут быть выражены либо механическими, либо электрическими терминами. Хотя эти два набора терминов четко разделены, они часто используются взаимозаменяемо или в комбинациях, которые включают один механический термин и один электрический термин. Это может вызвать путаницу при работе с составными машинами, такими как бесщеточные генераторы переменного тока, или в разговоре между людьми, которые привыкли работать с машинами разной конфигурации.
В большинстве генераторов полевой магнит вращается и является частью ротора , в то время как якорь неподвижен и является частью статора . [3] Как двигатели, так и генераторы могут быть построены либо с неподвижным якорем и вращающимся полем, либо с вращающимся якорем и неподвижным полем. Полюсный наконечник постоянного магнита или электромагнита и подвижная железная часть соленоида , особенно если последний действует как переключатель или реле , также могут называться якорями.
В машине постоянного тока присутствуют два источника магнитных потоков: «поток якоря» и «основной поток поля». Влияние потока якоря на основной поток поля называется «реакцией якоря». Реакция якоря изменяет распределение магнитного поля, что влияет на работу машины. Влияние потока якоря можно компенсировать, добавив компенсирующую обмотку к главным полюсам или, в некоторых машинах, добавив промежуточные магнитные полюса, включенные в цепь якоря.
Реакция якоря имеет важное значение в усилителях с вращающимся амплидином .
Падение реакции якоря – это влияние магнитного поля на распределение потока под главными полюсами генератора. [4]
Так как якорь намотан катушками провода, то всякий раз, когда ток течет в катушках, в якоре создается магнитное поле. Это поле находится под прямым углом к полю генератора и называется поперечным намагничиванием якоря. Действие 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 (МНО). [5] 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. В проводниках якоря вдоль этой оси не возникает ЭДС, поскольку тогда они не пересекают поток. 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, которые подключены к катушкам якоря, не имеющим индуцированной ЭДС. Если бы щетки контактировали с сегментами коммутатора вне нейтральной плоскости, они бы закоротили «живые» катушки и вызвали бы искрение и потерю мощности.
Без реакции якоря магнитная нейтральная ось (MNA) совпадала бы с геометрической нейтральной осью (GNA). Реакция якоря приводит к смещению нейтральной плоскости в направлении вращения, и если щетки находятся в нейтральной плоскости при отсутствии нагрузки, то есть когда ток якоря не течет, они не будут находиться в нейтральной плоскости при протекании тока якоря. По этой причине желательно включить в конструкцию генератора корректирующую систему.
Это два основных метода, с помощью которых преодолевается эффект реакции якоря. Первый метод заключается в смещении положения щеток таким образом, чтобы они находились в нейтральной плоскости, когда генератор вырабатывает свой нормальный ток нагрузки. В другом методе в генераторе устанавливаются специальные полюса поля, называемые добавочными полюсами, для противодействия эффекту реакции якоря.
Метод установки щеток является удовлетворительным в установках, в которых генератор работает при довольно постоянной нагрузке. Если нагрузка изменяется в значительной степени, нейтральная плоскость будет смещаться пропорционально, и щетки не будут всегда находиться в правильном положении. Метод установки щеток является наиболее распространенным средством коррекции реакции якоря в небольших генераторах (производящих около 1000 Вт или меньше). Более крупные генераторы требуют использования дополнительных полюсов.
Катушки обмотки распределены по всей поверхности воздушного зазора, который может быть ротором или статором машины. В обмотке «lap» имеется столько же путей тока между щеточными (или линейными) соединениями, сколько полюсов в обмотке возбуждения. В обмотке «wave» имеется только два пути, и имеется столько катушек последовательно, сколько полюсов. Таким образом, для заданного номинала машины, обмотка волны больше подходит для больших токов и низких напряжений. [6]
Обмотки удерживаются в пазах ротора или якоря, покрытых магнитами статора. Точное распределение обмоток и выбор количества пазов на полюс поля существенно влияет на конструкцию машины и ее производительность, влияя на такие факторы, как коммутация в машине постоянного тока или форма волны в машине переменного тока.
Проводка арматуры изготавливается из меди или алюминия . Проводка арматуры из меди повышает электрическую эффективность за счет более высокой электропроводности . Проводка арматуры из алюминия легче и дешевле, чем медная.