Como a adição de mais bobinas afeta a tensão em geradores e motores?

Aumentar o número de espiras em um gerador ou motor (ou seja, o número de enrolamentos) pode ter um efeito significativo na sua saída de tensão. Aqui estão os efeitos e como eles funcionam:

Efeito no gerador

Princípio

O gerador funciona pelo princípio da indução eletromagnética, de acordo com a lei de Faraday da indução eletromagnética, quando um condutor corta uma linha de força magnética, é gerada uma força eletromotriz (FEM) no condutor. A magnitude da força eletromotriz é proporcional à taxa na qual as linhas do campo magnético são cortadas e ao número de espiras no condutor.

E=N⋅A⋅B⋅v

Dentre eles:

• E é a força eletromotriz gerada (tensão);

• N é o número de espiras;

• A é a área efetiva da espira;

• B é a intensidade do campo magnético;

• v é a velocidade com que a espira corta a linha de campo.

Influência

Aumento da tensão

Aumentar o número de espiras aumentará diretamente a força eletromotriz, isto é, a tensão de saída do gerador aumentará. Isso ocorre porque mais espiras significam que cada vez que uma linha de campo magnético é cortada, mais força eletromotriz é gerada.

Se outras condições (como a intensidade do campo magnético, a velocidade de corte, etc.) permanecerem constantes, o aumento do número de espiras resultará em um aumento proporcional da tensão.

Reforço do campo magnético

Aumentar o número de espiras também pode reforçar o campo magnético, pois mais espiras podem produzir um campo magnético mais forte. Isso aumentará ainda mais a força eletromotriz.

Projeto mecânico e custo

Aumentar o número de espiras pode levar a um aumento no tamanho e peso do gerador, o que pode afetar seu projeto mecânico.Do lado dos custos, mais espiras significam custos de fabricação mais altos.

O efeito no motor

Princípio

O motor elétrico também funciona pelo princípio da indução eletromagnética, mas opera na direção oposta ao gerador: a energia elétrica de entrada é convertida em energia mecânica. A corrente no motor passa pelas espiras para criar um campo magnético, que interage com um campo magnético gerado por um ímã permanente ou outro conjunto de espiras para criar um torque que impulsiona o rotor do motor a girar.

Influência

A densidade de fluxo magnético aumenta

Aumentar o número de espiras aumenta a intensidade do campo magnético gerado pela corrente que passa pelas espiras, aumentando assim a densidade de fluxo dentro do motor.

Um campo magnético mais forte pode produzir maior torque, aumentando assim a potência de saída do motor.

A relação entre tensão e corrente

Aumentar o número de espiras também pode levar a um aumento na FEM reversa do motor, que é a força eletromotriz criada nos enrolamentos conforme o motor gira.

Um aumento na força eletromotriz reversa reduzirá os requisitos de corrente do motor, o que pode reduzir o calor e as perdas do motor.

Eficiência e desempenho

Aumentar o número de espiras pode melhorar a eficiência do motor, pois um campo magnético mais forte e maior torque podem reduzir as perdas de corrente.Ao mesmo tempo, mais espiras também podem aumentar a inércia do motor, o que afeta sua velocidade de resposta.

Projeto mecânico e custo

Aumentar o número de espiras também levará a um aumento no tamanho e peso do motor, afetando seu projeto mecânico.Do lado dos custos, mais espiras significam custos de fabricação mais altos.

Resumo

Aumentar o número de espiras em um gerador ou motor afeta diretamente sua saída de tensão ou densidade de fluxo magnético. Para o gerador, aumentar o número de espiras aumentará diretamente sua tensão de saída; no caso dos motores elétricos, aumentar o número de espiras aumenta a densidade de fluxo magnético, o que pode aumentar o torque e a eficiência. No entanto, isso também vem com considerações de projeto mecânico e custo. Nas aplicações práticas, as melhorias de desempenho precisam ser ponderadas em relação a fatores como custo e tamanho.