Differenza tra Avvolgimento a Lap e Avvolgimento a Onda

L'assemblaggio di conduttori isolati alloggiati all'interno delle scanalature di un armatura è noto come avvolgimento dell'armatura. Questo componente cruciale funge da sito dove avviene la conversione di energia. In un generatore, l'avvolgimento dell'armatura facilita la trasformazione di potenza meccanica in energia elettrica. Al contrario, in un motore elettrico, permette la conversione di energia elettrica in energia meccanica, svolgendo quindi un ruolo fondamentale nell'operazione di entrambe le macchine elettriche.

L'avvolgimento dell'armatura può essere principalmente categorizzato in due tipi distinti: avvolgimento a sovrapposizione (lap winding) e avvolgimento a onda (wave winding). Una delle differenze più evidenti tra di loro risiede nel modo di connessione degli estremi dei coil. Nel caso dell'avvolgimento a sovrapposizione, gli estremi di ogni coil sono collegati a segmenti del commutatore adiacenti. Al contrario, nell'avvolgimento a onda, gli estremi dei coil dell'armatura sono collegati a segmenti del commutatore che sono distanziati tra loro.

Contenuto: Avvolgimento a sovrapposizione vs Avvolgimento a onda

• Tabella comparativa

• Definizione

• Differenze chiave

Tabella comparativa

Definizione dell'avvolgimento a sovrapposizione

Nell'avvolgimento a sovrapposizione, i coil consecutivi sono disposti in modo tale da sovrapporsi l'uno all'altro. L'estremità finale di un coil si collega a un segmento specifico del commutatore, mentre l'estremità iniziale del coil successivo, posizionato sotto l'influenza di un polo magnetico adiacente (di polarità opposta), è anch'esso unito allo stesso segmento del commutatore. Questa configurazione crea una struttura a percorso parallelo, in cui la connessione di ciascun coil "riprende" al segmento adiacente, da cui il nome "avvolgimento a sovrapposizione". Questa disposizione consente più percorsi correnti paralleli, rendendola adatta per applicazioni che richiedono alta capacità di corrente e bassa tensione di uscita.

Configurazione dell'avvolgimento a sovrapposizione

Nell'avvolgimento a sovrapposizione, i conduttori sono interconnessi in modo tale che il numero di percorsi paralleli (a) corrisponda al numero di poli (P) della macchina. Per una macchina con P poli e Z conduttori dell'armatura, ci saranno P percorsi paralleli, ognuno contenente Z/P conduttori collegati in serie. Il numero di spazzole necessarie è uguale al numero di percorsi paralleli, con metà delle spazzole che servono come terminali positivi e l'altra metà come terminali negativi.

L'avvolgimento a sovrapposizione è ulteriormente suddiviso in due sottotipi:

• Avvolgimento a sovrapposizione semplice: Caratterizzato da a = P, ovvero il numero di percorsi paralleli è uguale al numero di poli.

• Avvolgimento a sovrapposizione doppio: Caratterizzato da a = 2P, dove il numero di percorsi paralleli è il doppio del numero di poli.

Definizione dell'avvolgimento a onda

Nell'avvolgimento a onda, un'estremità di un coil si collega all'estremità iniziale di un altro coil che condivide la stessa polarità magnetica. Questa disposizione forma un modello continuo, a onda, dando alla bobina il suo nome. I conduttori nell'avvolgimento a onda sono divisi in due percorsi paralleli, ognuno contenente Z/2 conduttori in serie. Di conseguenza, l'avvolgimento a onda richiede solo due spazzole, una positiva e una negativa, per allinearsi ai due percorsi paralleli.

Questa configurazione rende l'avvolgimento a onda particolarmente adatto per applicazioni ad alta tensione e bassa corrente, poiché la connessione in serie dei conduttori aumenta la tensione indotta totale mantenendo una corrente gestibile attraverso i percorsi paralleli.

Differenze chiave tra avvolgimento a sovrapposizione e avvolgimento a onda

Disposizione dei coil

Nell'avvolgimento a sovrapposizione, i coil sono configurati in modo tale che ciascun coil si sovrapponga al successivo, creando un modello sovrapposto. Dall'altro lato, l'avvolgimento a onda presenta coil collegati in una formazione a onda, conferendogli una forma distinta e continua.

Connessione del commutatore

Per l'avvolgimento a sovrapposizione, gli estremi dei coil dell'armatura sono collegati a segmenti del commutatore adiacenti. In contrasto, nell'avvolgimento a onda, gli estremi dei coil dell'armatura sono attaccati a segmenti del commutatore che sono distanziati tra loro, risultando in un diverso schema di connessione elettrica.

Numero di percorsi paralleli

L'avvolgimento a sovrapposizione ha il numero di percorsi paralleli uguale al numero totale di poli della macchina. Ad esempio, se una macchina ha P poli, ci saranno P percorsi paralleli. Nell'avvolgimento a onda, indipendentemente dal numero di poli, il numero di percorsi paralleli è sempre due.

Tipo di connessione

L'avvolgimento a sovrapposizione è spesso definito avvolgimento parallelo a causa della connessione parallela dei suoi coil, che consente più percorsi correnti. Al contrario, l'avvolgimento a onda ha coil collegati in serie, guadagnandosi il nome di avvolgimento in serie. Questa differenza nel tipo di connessione impatta significativamente le caratteristiche elettriche dei due metodi di avvolgimento.

Forza elettromotrice (FEM)

La FEM generata nell'avvolgimento a sovrapposizione è generalmente inferiore rispetto a quella dell'avvolgimento a onda. Questo è un risultato diretto delle diverse configurazioni elettriche e del numero di conduttori collegati in serie in ciascun tipo di avvolgimento.

Componenti aggiuntivi richiesti

L'avvolgimento a sovrapposizione richiede spesso equalizzatori per facilitare una migliore commutazione, che è il processo di conversione della corrente alternata (CA) indotta nei coil in corrente continua (CC) all'uscita. L'avvolgimento a onda, d'altro canto, necessita di coil fittizi per fornire un equilibrio meccanico all'armatura, garantendo un funzionamento regolare della macchina.

Numero di spazzole

Il numero di spazzole nell'avvolgimento a sovrapposizione è uguale al numero di percorsi paralleli, il che significa che può variare a seconda del numero di poli. Nell'avvolgimento a onda, il numero di spazzole è fisso a due, corrispondente ai due percorsi paralleli.

Efficienza

L'avvolgimento a onda solitamente presenta un'efficienza superiore rispetto all'avvolgimento a sovrapposizione. Ciò è dovuto a fattori come perdite elettriche inferiori e schemi di flusso di corrente più ottimizzati nei coil collegati in serie dell'avvolgimento a onda.

Sottotipi

L'avvolgimento a sovrapposizione ha sottotipi come semplice e doppio. Nell'avvolgimento semplice, il numero di percorsi paralleli è uguale al numero di poli, mentre nell'avvolgimento doppio, il numero di percorsi paralleli è il doppio del numero di poli. L'avvolgimento a onda, viceversa, ha sottotipi come progressivo e retrogressivo, differenziati dalla direzione di connessione dei coil nel modello a onda.

Costo

Il costo dell'avvolgimento a sovrapposizione è generalmente superiore a quello dell'avvolgimento a onda. Questo è principalmente dovuto al fatto che l'avvolgimento a sovrapposizione richiede più conduttori a causa della sua configurazione a coil paralleli e la necessità di connessioni e componenti aggiuntivi.

Applicazione

L'avvolgimento a sovrapposizione è comunemente utilizzato in macchine elettriche a bassa tensione e alta corrente, come grandi generatori DC per la ricarica di batterie o alcuni tipi di motori di trazione elettrica. L'avvolgimento a onda, d'altro canto, è più adatto per macchine ad alta tensione e bassa corrente, come certi generatori DC utilizzati nei sistemi di trasmissione di potenza.

Nell'avvolgimento a onda, i coil fittizi sono incorporati esclusivamente per fornire un equilibrio meccanico all'armatura, assicurando un funzionamento regolare e stabile della macchina. A differenza dei coil attivi, i coil fittizi non partecipano al circuito elettrico e quindi non sono collegati al commutatore né coinvolti nella generazione della forza elettromotrice (FEM). La loro funzione primaria è contrapporre qualsiasi squilibrio causato dall'arrangiamento dell'avvolgimento, che solitamente lascia slot vuoti nel nucleo dell'armatura quando il numero di coil non si allinea perfettamente con il passo del polo. Riempiendo questi slot con coil fittizi, si mantiene la simmetria rotazionale dell'armatura, minimizzando vibrazioni e usura durante il funzionamento.