O que é um Fator de Extensão da Bobina?

Definição e Características do Fator de Extensão da Bobina (Fator de Passo)
Definição do Fator de Passo (Kₙ)

O fator de extensão da bobina (também conhecido como fator de acordamento) Kₙ é definido como a razão entre a tensão induzida em uma bobina de passo curto e a tensão induzida em uma bobina de passo completo. A distância entre os dois lados de uma bobina é chamada de extensão da bobina, que é caracterizada por seu ângulo elétrico para indicar o grau de passo curto.

Significado Físico do Passo do Polo

A distância angular entre as linhas centrais de polos adjacentes é chamada de passo do polo, que sempre equivale a 180 graus elétricos, independentemente do número de polos na máquina. Uma bobina com uma extensão de 180 graus elétricos é referida como uma bobina de passo completo, conforme ilustrado na figura abaixo:

Características da Bobina de Passo Curto

Uma bobina com uma extensão menor que 180 graus elétricos é chamada de bobina de passo curto (ou bobina de passo fracionário), também conhecida como bobina acordada. A configuração da bobina de passo curto é ilustrada na figura abaixo:

Enrolamento Acordado e Cálculo da Extensão da Bobina

Um enrolamento estator que utiliza bobinas de passo fracionário é referido como um enrolamento acordado. Se a extensão da bobina for reduzida por um ângulo elétrico α, a extensão efetiva se torna (180 – α) graus elétricos.

Para uma bobina de passo completo, a distância entre os dois lados da bobina é exatamente igual ao passo do polo de 180° elétricos, garantindo que as tensões induzidas em cada lado da bobina estejam em fase. Seja E_C1 e E_C2 as tensões geradas nos lados da bobina, com E_C como a tensão resultante da bobina. A relação é expressa pela equação:

Como E_C1 e E_C2 estão em fase, a tensão resultante da bobina E_C é igual à soma aritmética das duas tensões.

Assim,

Análise Fasorial de Bobinas de Passo Curto

Quando a extensão da bobina de uma única bobina é menor que o passo do polo de 180° elétricos, as tensões induzidas em cada lado da bobina E_C1 e E_C2 exibem uma diferença de fase. A tensão resultante da bobina E_C é a soma fasorial de E_C1 e E_C2.

Se a extensão da bobina for reduzida por um ângulo elétrico α, a extensão efetiva se torna (180 – α) graus. Consequentemente, E_C1 e E_C2 estarão fora de fase por α graus. Como mostrado no diagrama fasorial acima, a soma fasorial EC corresponde ao vetor AC.

O fator de extensão da bobina Kc é expresso como:

Características e Vantagens do Fator de Passo (Kₙ) de Enrolamentos de Passo Curto
Relação Entre o Fator de Passo e a Extensão da Bobina

• Bobina de passo completo: Quando α = 0°, cos(α/2) = 1, portanto, Kₙ = 1.

• Bobina de passo curto: Kₙ < 1, indicando que o passo curto reduz a amplitude da tensão induzida.

Vantagens Técnicas das Bobinas de Passo Curto (Enrolamentos Acordados)

• Otimização de Custos de Material: Reduz os comprimentos dos terminais de enrolamento, diminuindo o uso de material condutor e os custos de fabricação.

• Melhoria da Qualidade da Forma de Onda: Suprime a distorção harmônica, tornando a EFM induzida mais próxima de uma onda senoidal e melhorando a qualidade da energia.