Enrolamento do Estator do Alternador

O enrolamento do estator em um alternador pode ser de tipo fechado ou aberto. O enrolamento fechado forma uma conexão em estrela no enrolamento do estator do alternador.
Há algumas propriedades comuns do enrolamento do estator.

1. A primeira e mais importante propriedade do enrolamento do estator é que os dois lados de qualquer bobina devem estar sob dois polos adjacentes. Isso significa que a extensão da bobina = o passo do polo.

2. O enrolamento pode ser de camada única ou dupla.

3. O enrolamento é disposto em diferentes ranhuras do estator de modo a produzir tensão senoidal (emf).

Tipos de Enrolamento do Estator do Alternador

Existem diferentes tipos de enrolamento do estator usados no alternador. Os enrolamentos podem ser classificados como

1. Enrolamento monofásico e polifásico do estator.

2. Enrolamento concentrado e distribuído.

3. Enrolamento de meia bobina e de bobina completa.

4. Enrolamento de camada única e de camada dupla.

5. Enrolamento em lap, onda e concêntrico ou espiralado e

6. Enrolamento de bobina de passo completo e de passo fracionário.

Além desses, o enrolamento do estator do alternador também pode ser de ranhura integral e de ranhura fracionária.

Enrolamento Monofásico do Estator

O enrolamento monofásico do estator pode ser de tipo concentrado ou distribuído.

Enrolamento Concentrado do Estator

O enrolamento concentrado é empregado quando o número de ranhuras no estator é igual ao número de polos na máquina. Este enrolamento do estator do alternador fornece a tensão máxima tensão, mas não exatamente senoidal.

O mais simples enrolamento monofásico é mostrado abaixo na figura-1. Aqui, o número de polos = o número de ranhuras = o número de lados de bobina. Aqui, um lado da bobina está dentro de uma ranhura sob um polo e o outro lado da bobina está dentro de outra ranhura sob o próximo polo. A tensão induzida em um lado da bobina se soma à do lado adjacente da bobina.

Esta disposição do enrolamento do estator no alternador é conhecida como enrolamento em onda esquelético. De acordo com a fig-1, o lado-1 da bobina sob o polo N está conectado ao lado-2 da bobina sob o polo S atrás e ao lado-3 na frente e assim por diante.
A direção da tensão induzida no lado-1 da bobina é para cima e a tensão induzida no lado-2 da bobina é para baixo. Novamente, como o lado-3 está sob o polo N, terá tensão na direção ascendente e assim por diante. Portanto, a tensão total é a soma das tensões de todos os lados da bobina. Esta forma de enrolamento do estator é bastante simples, mas raramente utilizada, pois requer considerável espaço para as conexões de extremidade de cada lado da bobina ou condutor. Podemos superar este problema, em certa medida, usando bobinas de várias voltas. Usamos o enrolamento de meia bobina com várias voltas para obter maior tensão. Como as bobinas cobrem apenas metade da periferia do estator, referimo-nos a este enrolamento como enrolamento de meia bobina ou hemitrópico. A Figura – 2 mostra isso. Se distribuirmos todas as bobinas sobre toda a periferia do estator, então o enrolamento do estator é chamado de enrolamento de bobina completa.

A Figura 3 mostra um enrolamento de duas camadas, onde colocamos um lado de cada bobina no topo da ranhura do estator, e o outro lado na parte inferior da ranhura. (Representado por linhas pontilhadas).

Enrolamento Distribuído do Estator do Alternador

Para obter uma forma de onda de tensão senoidal suave, os condutores são colocados em várias ranhuras sob um único polo. Este enrolamento do estator é conhecido como enrolamento distribuído. Embora o enrolamento distribuído do estator no alternador reduza a tensão, ainda é muito útil pelos seguintes motivos.

1. Ele também reduz a tensão harmônica, melhorando assim a forma de onda.

2. Ele também diminui a reação do estator.

3. A distribuição uniforme dos condutores ajuda no resfriamento melhor.

4. O núcleo é totalmente utilizado, pois os condutores são distribuídos nas ranhuras da periferia do estator.

Enrolamento em Lap do Alternador

O enrolamento em lap de 4 polos, 12 ranhuras, 12 condutores (um condutor por ranhura) do alternador é mostrado abaixo.
O passo traseiro do enrolamento é igual ao número de condutores por polo, ou seja, = 3 e o passo frontal é igual ao passo traseiro menos um. O enrolamento é concluído por par de polos e então conectado em série, conforme mostrado na figura – 4 abaixo.

Enrolamento em Onda do Alternador

O enrolamento em onda da mesma máquina, ou seja, quatro polos, 12 ranhuras, 12 condutores, é mostrado na figura-e abaixo. Aqui, o passo traseiro e o passo frontal são iguais a alguns condutores por polo.

Enrolamento Concêntrico ou Espiral

Este enrolamento para a mesma máquina, ou seja, quatro polos, 12 ranhuras, 12 condutores, alternador, é mostrado na figura-f abaixo. Neste enrolamento, as bobinas têm diferentes passos. O passo externo da bobina é 5, o passo médio da bobina é 3 e o passo interno da bobina é 1.

Enrolamento Polifásico do Estator do Alternador

Antes de discutir o enrolamento polifásico do estator do alternador, devemos revisar alguns termos relacionados para uma melhor compreensão.

Grupo de Bobinas

É o produto do número de fases e do número de polos em uma máquina rotativa.
Grupo de bobinas = número de polos × o número de fases.

Enrolamento Equilibrado

Se sob cada face do polo, houver um número igual de bobinas de diferentes fases, então o enrolamento é dito equilibrado. No enrolamento equilibrado, o grupo de bobinas deve ser um número par.

Enrolamento Desequilibrado

Se o número de bobinas por grupo de bobinas não for um número inteiro, o enrolamento é conhecido como desequilibrado. Nesse caso, cada face do polo contém um número desigual de bobinas de diferentes fases. Em um alternador bifásico, dois enrolamentos monofásicos são colocados no estator, separados por 90 graus elétricos um do outro.
No caso de um alternador trifásico, três enrolamentos monofásicos são colocados no estator, separados por 60 graus (elétricos) um do outro.
A figura abaixo representa um enrolamento esquelético bifásico de 4 polos, duas ranhuras por polo. A diferença de fase elétrica entre ranhuras adjacentes = 180/2 = 90 graus elétricos).

Os pontos a e b são os pontos de partida do primeiro e segundo enrolamento de fase do alternador bifásico. a' e b' são os pontos de término do primeiro e segundo enrolamento de fase do alternador bifásico, respectivamente. A figura abaixo representa um enrolamento esquelético trifásico de 4 polos, três ranhuras por polo. A diferença de fase elétrica entre ranhuras adjacentes é 180/ 3 = 60 graus (elétricos). a, b e c são os pontos de partida das fases Vermelha, Amarela e Azul, e a', b' e c' são os pontos de término das mesmas fases Vermelha, Amarela e Azul do enrolamento trifásico.

Diz-se que o enrolamento da fase vermelha começa na ranhura número 1 e termina sobre a ranhura número 10. Então, o enrolamento amarelo ou segundo enrolamento começa na ranhura número 2 e termina sobre a ranhura número 11. O terceiro ou enrolamento da fase azul começa na ranhura número 3 e termina na ranhura número 12. A diferença de fase das tensões induzidas, na fase vermelha e amarela, amarela e azul, e azul e vermelha, respectivamente, são 60 graus, 60 graus e 240 graus (elétricos, respectivamente). Como no sistema trifásico, a diferença de fase entre as fases vermelha, amarela e azul é 120 graus (elétricos). Isso pode ser alcançado invertendo o enrolamento da fase amarela (segundo enrolamento) conforme mostrado na figura acima.