Hvordan påvirker tillegging av flere spoler spenningen i generatorer og motorer?
Å øke antallet av spoler i en generator eller motor (dvs. antallet av vindinger) kan ha en betydelig effekt på dens spenningsutgang. Her er effektene og hvordan de fungerer:
Effekt på generatoren
Prinsipp
Generatoren fungerer etter prinsippet om elektromagnetisk induksjon, ifølge Faradays lov om elektromagnetisk induksjon, når en leder skjærer en magnetisk kraftlinje, genereres det en strømforskyvning (EMF) i lederen. Størrelsen på den elektriske strømforskyvningen er proporsjonal med hastigheten til kuttet av magnetfeltlinjer og antallet av spoler i lederen.
E=N⋅A⋅B⋅v
Der:
E er den genererte strømforskyvningen (spenning);
N er antallet av spoler;
A er den effektive arealet av spolen;
B er styrken av magnetfeltet;
v er hastigheten som spolen skjærer feltlinjen.
Påvirkning
Økning av spenning
Å øke antallet av spoler vil direkte øke strømforskyvningen, altså vil utgangsspenningen fra generatoren øke. Dette skyldes at flere spoler betyr at hver gang en magnetisk kraftlinje skjæres, genereres det mer strømforskyvning.
Hvis andre forhold (som styrken av magnetfeltet, kutt-hastighet, osv.) forbli konstant, vil øking av antallet av spoler føre til en proporsjonal økning i spenningen.
Forsterkning av magnetfeltet
Å øke antallet av spoler kan også forsterke magnetfeltet, da flere spoler kan produsere et sterkere magnetfelt. Dette vil videre øke strømforskyvningen.
Mekanisk design og kostnader
Å øke antallet av spoler kan føre til en økning i størrelse og vekt av generatoren, noe som kan påvirke dens mekaniske design.På kostnadssiden betyr flere spoler høyere produksjonskostnader.
Effekt på motoren
Prinsipp
Elektrisk motor fungerer også etter prinsippet om elektromagnetisk induksjon, men den fungerer motsatt retning av generatoren: inngående elektrisk energi konverteres til mekanisk energi. Strømmen i motoren passerer gjennom spoler for å skape et magnetfelt, som interagerer med et magnetfelt generert av en permanent magnet eller en annen sett av spoler for å skape en dreieeffekt som driver roteren i motoren.
Påvirkning
Magnetflukstettheten øker
Å øke antallet av spoler øker styrken av det magnetfeltet som genereres av strømmen som passerer gjennom spoler, dermed økes flukstettheten inni motoren.
Et sterkere magnetfelt kan produsere større dreiemoment, slik at utgangseffekten av motoren økes.
Forholdet mellom spenning og strøm
Å øke antallet av spoler kan også føre til en økning i motorens bak-EMF, som er den elektriske strømforskyvningen opprettet i vindinger mens motoren roterer.
En økning i bak-EMF vil redusere strømbeslutningskravet til motoren, noe som kan redusere varme og tap i motoren.
Effektivitet og ytelse
Å øke antallet av spoler kan forbedre effektiviteten til motoren, fordi et sterkere magnetfelt og større dreiemoment kan redusere strømtap.Samtidig kan flere spoler også øke inertien til motoren, noe som påvirker svarhastigheten.
Mekanisk design og kostnader
Å øke antallet av spoler vil også føre til en økning i størrelse og vekt av motoren, noe som påvirker dens mekaniske design.På kostnadssiden betyr flere spoler høyere produksjonskostnader.
Oppsummering
Å øke antallet av spoler i en generator eller motor har direkte effekt på dens spenningsutgang eller magnetflukstetthet. For generatoren vil øking av antallet av spoler direkte øke dens utgangsspenning; I tilfelle elektriske motorer, øker øking av antallet av spoler magnetflukstettheten, noe som kan øke dreiemomentet og effektiviteten. Imidlertid kommer dette også med mekaniske design- og kostnadsoverveielser. I praktiske anvendelser må prestasjonsforbedringer veies opp mot faktorer som kostnad og størrelse.
