Co to jest współczynnik rozpiętości cewki?

Definicja i charakterystyka współczynnika rozpiętości cewki (współczynnik skoku) Kₙ

Współczynnik rozpiętości cewki (znany również jako współczynnik skoku) Kₙ jest zdefiniowany jako stosunek napięcia indukowanego w cewce o krótkiej rozpiętości do napięcia indukowanego w cewce o pełnej rozpiętości. Odległość między dwiema stronami cewki nazywana jest rozpiętością cewki, która jest charakteryzowana przez kąt elektryczny wskazujący stopień krótkiej rozpiętości.

Fizyczne znaczenie skoku biegunowego

Kątowy dystans między środkowymi liniami sąsiednich biegunów nazywany jest skokiem biegunowym, który zawsze wynosi 180 stopni elektrycznych, niezależnie od liczby biegunów w maszynie. Cewka o rozpiętości 180 stopni elektrycznych nazywana jest cewką o pełnej rozpiętości, jak pokazano na poniższym rysunku:

Charakterystyka cewek o krótkiej rozpiętości

Cewka o rozpiętości mniejszej niż 180 stopni elektrycznych nazywana jest cewką o krótkiej rozpiętości (lub cewką o ułamkowej rozpiętości), również zwaną cewką akordową. Konfiguracja cewki o krótkiej rozpiętości przedstawiona jest na poniższym rysunku:

Akordowe nawinięcie i obliczenie rozpiętości cewki

Nawinięcie statora wykorzystujące cewki o ułamkowej rozpiętości nazywane jest nawinięciem akordowym. Jeśli rozpiętość cewki zostanie zmniejszona o kąt elektryczny α, skuteczna rozpiętość wyniesie (180 – α) stopni elektrycznych.

Dla cewki o pełnej rozpiętości, odległość między dwoma końcami cewki dokładnie równa się 180° elektrycznemu skokowi biegunowemu, co zapewnia, że napięcia indukowane w każdym końcu cewki są w fazie. Oznaczmy E_C1 i E_C2 napięcia generowane w końcach cewki, a E_C jako rezultantę napięcia cewki. Związek ten wyraża równanie:

Ponieważ E_C1 i E_C2 są w fazie, rezultanta napięcia cewki E_C równa się arytmetycznej sumie tych dwóch napięć.

Zatem,

Fazowa analiza cewek o krótkiej rozpiętości

Gdy rozpiętość cewki pojedynczej cewki jest mniejsza niż 180° elektryczny skok biegunowy, napięcia indukowane w każdym końcu cewki E_C1 i E_C2 mają różnicę faz. Rezultantą napięcia cewki E_C jest wektorowa suma E_C1 i E_C2.

Jeśli rozpiętość cewki zostanie zmniejszona o kąt elektryczny α, skuteczna rozpiętość wyniesie (180 – α) stopni. W konsekwencji E_C1 i E_C2 będą miały przesunięcie fazowe o α stopni. Jak pokazano na powyższym diagramie fazowym, wektorowa suma EC odpowiada wektorowi AC.

Współczynnik rozpiętości cewki Kc wyraża się wzorem:

Charakterystyka i zalety nawinięć o krótkiej rozpiętości
Związek między współczynnikiem skoku a rozpiętością cewki

• Cewka o pełnej rozpiętości: Gdy α = 0°, cos(α/2) = 1, zatem Kₙ = 1.

• Cewka o krótkiej rozpiętości: Kₙ < 1, co oznacza, że krótkie nawinięcie redukuje amplitudę indukowanego napięcia.

Techniczne zalety cewek o krótkiej rozpiętości (akordowych nawinięć)

• Optymalizacja kosztów materiałów: Skraca długości końców nawinięć, zmniejszając zużycie materiału przewodzącego i koszty produkcji.

• Poprawa jakości fali: Hamuje zniekształcenia harmoniczne, czyniąc indukowane EMF bliższym sinusoidzie i poprawiając jakość energii.