Was ist ein Spulenabstandsfaktor?

Definition und Eigenschaften des Spandrehfaktors (Pitch Faktor)
Definition des Pitch Faktors (Kₙ)

Der Spandrehfaktor (auch bekannt als der Chordierungsfaktor) Kₙ wird definiert als das Verhältnis der induzierten Spannung in einer kurz gedrehten Spule zur Spannung in einer vollständig gedrehten Spule. Der Abstand zwischen den beiden Seiten einer Spule wird als Spulenspanne bezeichnet, die durch ihren elektrischen Winkel charakterisiert wird, um den Grad der Kurzdrehung anzugeben.

Physikalische Bedeutung des Polabstands

Der Winkelabstand zwischen den Mittellinien benachbarter Pole wird als Polabstand bezeichnet, der unabhängig von der Anzahl der Pole in der Maschine immer 180 elektrische Grad beträgt. Eine Spule mit einer Spanne von 180 elektrischen Grad wird als vollständig gedrehte Spule bezeichnet, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Eigenschaften von kurz gedrehten Spulen

Eine Spule mit einer Spanne kleiner als 180 elektrische Grad wird als kurz gedrehte Spule (oder Bruchteil-Spannspule) bezeichnet, auch als chordierte Spule bekannt. Die Konfiguration einer kurz gedrehten Spule ist in der folgenden Abbildung dargestellt:

Chordierte Wicklung und Berechnung der Spulenspanne

Eine Statorwicklung, die Bruchteil-Spannspulen verwendet, wird als chordierte Wicklung bezeichnet. Wenn die Spulenspanne um einen elektrischen Winkel α reduziert wird, beträgt die effektive Spanne (180 – α) elektrische Grad.

Für eine vollständig gedrehte Spule entspricht der Abstand zwischen den beiden Spulenenden genau dem 180° elektrischen Polabstand, wodurch sichergestellt wird, dass die in jedem Spulenende induzierten Spannungen in Phase sind. Sei E_C1 und E_C2 die Spannungen, die in den Spulenenden erzeugt werden, mit E_C als resultierender Spulenspannung. Das Verhältnis wird durch die Gleichung ausgedrückt:

Da E_C1 und E_C2 in Phase sind, entspricht die resultierende Spulenspannung E_C der arithmetischen Summe der beiden Spannungen.

Daher,

Phasoranalyse von kurz gedrehten Spulen

Wenn die Spulenspanne einer einzelnen Spule weniger als 180° elektrische Polspanne beträgt, weisen die in jedem Spulenende induzierten Spannungen E_C1 und E_C2 eine Phasendifferenz auf. Die resultierende Spulenspannung E_C ist die phasorielle Summe von E_C1 und E_C2.

Wenn die Spulenspanne um einen elektrischen Winkel α reduziert wird, beträgt die effektive Spanne (180 – α) Grad. Daher sind E_C1 und E_C2 um α Grad außer Phase. Wie in der oben gezeigten Phasordiagramm dargestellt, entspricht die phasorielle Summe EC dem Vektor AC.

Der Spandrehfaktor Kc wird ausgedrückt durch:

Eigenschaften und Vorteile des Pitch Faktors (Kₙ) bei kurz gedrehten Wicklungen
Zusammenhang zwischen Pitch Faktor und Spulenspanne

• Vollständig gedrehte Spule: Wenn α = 0°, cos(α/2) = 1, daher Kₙ = 1.

• Kurz gedrehte Spule: Kₙ < 1, was bedeutet, dass die Kurzdrehung die Amplitude der induzierten Spannung reduziert.

Technische Vorteile von kurz gedrehten Spulen (chordierten Wicklungen)

• Optimierung der Materialkosten: Verkürzt die Länge der Wicklungsenden, reduziert den Einsatz von Leitermaterial und die Herstellungskosten.

• Verbesserung der Wellenformqualität: Dämpft die harmonische Verzerrung, bringt die induzierte EMF näher an eine Sinuskurve und verbessert die Netzqualität.