Différence entre le bobinage en chevauchement et le bobinage ondulé

L'assemblage de conducteurs isolés logés dans les fentes d'un armature est connu sous le nom d'enroulement d'armature. Ce composant crucial sert de site où se produit la conversion de puissance. Dans un générateur, l'enroulement d'armature facilite la transformation de l'énergie mécanique en énergie électrique. Inversement, dans un moteur électrique, il permet la conversion de l'énergie électrique en énergie mécanique, jouant ainsi un rôle pivot dans le fonctionnement des deux types de machines électriques.

L'enroulement d'armature peut être principalement classé en deux types distincts : l'enroulement en chevauchement et l'enroulement en onde. L'une des principales différences entre eux réside dans le mode de connexion des extrémités des bobines. Dans l'enroulement en chevauchement, les extrémités de chaque bobine sont reliées à des segments de commutateur adjacents. En revanche, dans l'enroulement en onde, les extrémités des bobines d'armature sont connectées à des segments de commutateur espacés les uns des autres.

Contenu : Enroulement en chevauchement vs Enroulement en onde

• Tableau comparatif

• Définition

• Différences clés

Tableau comparatif

Définition de l'enroulement en chevauchement

Dans l'enroulement en chevauchement, les bobines consécutives sont disposées de manière à se chevaucher. La fin d'une bobine est connectée à un segment de commutateur spécifique, tandis que le début de la bobine suivante - placée sous l'influence d'un pôle magnétique adjacent (de polarité opposée) - est également raccordée au même segment de commutateur. Cette configuration crée une structure de chemins parallèles, où la connexion de chaque bobine "replie" sur le segment adjacent, d'où le nom "enroulement en chevauchement". Cette disposition permet de multiples chemins parallèles de courant, ce qui la rend adaptée aux applications nécessitant une grande capacité de courant et une faible tension de sortie.

Configuration de l'enroulement en chevauchement

Dans l'enroulement en chevauchement, les conducteurs sont interconnectés de telle sorte que le nombre de chemins parallèles (a) correspond au nombre de pôles (P) de la machine. Pour une machine avec P pôles et Z conducteurs d'armature, il y aura P chemins parallèles, chacun contenant Z/P conducteurs connectés en série. Le nombre de balais requis est égal au nombre de chemins parallèles, avec la moitié des balais servant de bornes positives et l'autre moitié de bornes négatives.

L'enroulement en chevauchement est subdivisé en deux sous-types :

• Enroulement en chevauchement simple : caractérisé par a = P, signifiant que le nombre de chemins parallèles est égal au nombre de pôles.

• Enroulement en chevauchement double : caractérisé par a = 2P, où le nombre de chemins parallèles est deux fois le nombre de pôles.

Définition de l'enroulement en onde

Dans l'enroulement en onde, une extrémité d'une bobine est connectée à l'extrémité de départ d'une autre bobine partageant la même polarité magnétique. Cette disposition forme un motif continu en forme d'onde, donnant son nom à l'enroulement. Les conducteurs dans l'enroulement en onde sont divisés en deux chemins parallèles, chacun contenant Z/2 conducteurs en série. Par conséquent, l'enroulement en onde nécessite seulement deux balais - un positif et un négatif - pour s'aligner avec les deux chemins parallèles.

Cette configuration rend l'enroulement en onde particulièrement adapté aux applications haute tension, basse intensité, car la connexion en série des conducteurs augmente la tension induite totale tout en maintenant un courant gérable à travers les chemins parallèles.

Différences clés entre l'enroulement en chevauchement et l'enroulement en onde

Disposition des bobines

Dans l'enroulement en chevauchement, les bobines sont configurées de manière à ce que chaque bobine repose sur la suivante, créant un motif superposé. En revanche, l'enroulement en onde présente des bobines connectées en formation ondulatoire, lui donnant une forme distincte et continue.

Connexion du commutateur

Pour l'enroulement en chevauchement, les extrémités des bobines d'armature sont connectées à des segments de commutateur adjacents. En revanche, dans l'enroulement en onde, les extrémités des bobines d'armature sont attachées à des segments de commutateur espacés les uns des autres, résultant en un schéma de connexion électrique différent.

Nombre de chemins parallèles

L'enroulement en chevauchement a un nombre de chemins parallèles égal au nombre total de pôles de la machine. Par exemple, si une machine a P pôles, il y aura P chemins parallèles. Dans l'enroulement en onde, indépendamment du nombre de pôles, le nombre de chemins parallèles est toujours de deux.

Type de connexion

L'enroulement en chevauchement est souvent appelé enroulement parallèle en raison de la connexion parallèle de ses bobines, qui permet de multiples chemins de courant. En revanche, l'enroulement en onde a des bobines connectées en série, ce qui lui vaut le nom d'enroulement en série. Cette différence dans le type de connexion a un impact significatif sur les caractéristiques électriques des deux méthodes d'enroulement.

Force électromotrice (FEM)

La FEM générée dans l'enroulement en chevauchement est généralement plus faible par rapport à celle de l'enroulement en onde. Cela est directement lié aux différentes configurations électriques et au nombre de conducteurs connectés en série dans chaque type d'enroulement.

Composants supplémentaires requis

L'enroulement en chevauchement nécessite souvent des égaliseurs pour faciliter une meilleure commutation, qui est le processus de conversion du courant alternatif (CA) induit dans les bobines en courant continu (CC) à la sortie. L'enroulement en onde, en revanche, a besoin de bobines factices pour fournir un équilibre mécanique à l'armature, assurant un fonctionnement fluide de la machine.

Nombre de balais

Le nombre de balais dans l'enroulement en chevauchement est égal au nombre de chemins parallèles, ce qui signifie qu'il peut varier en fonction du nombre de pôles. Dans l'enroulement en onde, le nombre de balais est fixé à deux, correspondant aux deux chemins parallèles.

Efficacité

L'enroulement en onde présente généralement une efficacité plus élevée par rapport à l'enroulement en chevauchement. Cela est dû à des facteurs tels que des pertes électriques plus faibles et des patrons de flux de courant plus optimisés dans les bobines connectées en série de l'enroulement en onde.

Sous-types

L'enroulement en chevauchement a des sous-types comme le simple et le double. Dans l'enroulement simple, le nombre de chemins parallèles est égal au nombre de pôles, tandis que dans l'enroulement double, le nombre de chemins parallèles est deux fois le nombre de pôles. L'enroulement en onde, en revanche, a des sous-types tels que progressif et rétrogressif, qui sont différenciés par la direction de la connexion des bobines dans le motif en onde.

Coût

Le coût de l'enroulement en chevauchement est généralement plus élevé que celui de l'enroulement en onde. Cela est principalement dû au fait que l'enroulement en chevauchement nécessite plus de conducteurs en raison de sa configuration en bobines parallèles et du besoin de connexions et de composants supplémentaires associés.

Application

L'enroulement en chevauchement est couramment utilisé dans les machines électriques à basse tension et haute intensité, telles que les gros générateurs CC pour la charge de batteries ou certains types de moteurs de traction électrique. L'enroulement en onde, en revanche, est plus adapté aux machines à haute tension et basse intensité, comme certains générateurs CC utilisés dans les systèmes de transmission d'énergie.

Dans l'enroulement en onde, les bobines factices sont incorporées uniquement pour fournir un équilibre mécanique à l'armature, assurant un fonctionnement fluide et stable de la machine. Contrairement aux bobines actives, les bobines factices ne participent pas au circuit électrique et ne sont donc pas connectées au commutateur ni impliquées dans la génération de force électromotrice (FEM). Leur fonction principale est de compenser tout déséquilibre causé par la disposition de l'enroulement, qui laisse généralement des fentes inutilisées dans le noyau de l'armature lorsque le nombre de bobines ne s'aligne pas parfaitement avec le pas des pôles. En remplissant ces fentes avec des bobines factices, la symétrie rotationnelle de l'armature est maintenue, minimisant les vibrations et l'usure pendant le fonctionnement.