А) Электродвижущая сила витка.

На рис. 3-5,а показаны статор и один виток его обмотки. Стороны витка, уложенные в пазы, представляют собой его активные части. Часть витка, находящаяся вне пазов статора, называется лобовой частью или лобовым соединением.

Рис. 3-5. Статор одним витком и наведение э. д. с. в витке. 

Пусть внутри статора вращается электромагнит или постоянный магнит с двумя полюсами. При этом мы получаем вращающееся поле; его индукционные линии показаны только в воздушном зазоре между статором и ротором. Примем это поле синусоидальным, т. е. будем считать, что кривая распределения индукции В (ее нормальной составляющей) в воздушном зазоре вдоль внутренней окружности статора представляет собой синусоиду (рис. 3-5,б).

Поле, близкое к синусоидальному, удается получить, выбрав надлежащим образом форму очертания полюсного наконечника.

При вращении поля в проводниках будут наводиться э.д.с., направления которых для выбранного момента времени найдем по правилу правой руки, учитывая направление перемещения проводника относительно поля. Очевидно, эти э.д.с. при постоянной скорости вращения будут изменяться во времени синусоидально. Поэтому мы их можем изобразить временными векторами  и . Электродвижущие силы  и  сдвинуты по фазе на 180°. Такому сдвигу соответствует расстояние между проводниками, равное полюсному делению . Полюсным делением называется расстояние между осями соседних полюсов, взятое по внутренней окружности статора.

Электродвижущая сила витка равна векторной разности э.д.с. проводников:

так как при образовании витка стороны его соединяются встречно — конец одного проводника соединяется с концом другого проводника. При прямом соединении проводников, показанном на рис. 3-5,б пунктиром, э.д.с. витка была бы равна векторной сумме э.д.с. проводников, т. е. в данном случае была бы равна нулю.

Ширина витка взята равной . Она определяет шаг обмотки, который обозначается через у. Обмотки, состоящие из таких витков (при y = ), называются диаметральными или обмотками с полным шагом. Обмотки с витками, ширина которых меньше полюсного деления (у<), называются хордовыми или обмотками с укороченным шагом.

Максимальная э.д.с., наведенная в проводнике, В, равна:

          (3-1)

где В_м — максимальная индукция в воздушном зазоре, В·с/см²;

l — активная длина проводника, см;

v — скорость поля относительно проводника, см/с.

Частота наведенной в проводнике э.д.с. при двух полюсах, Гц, равна:

где п — частота вращения, об/мин.

При числе полюсов, равном 2р, частота будет в р раз больше:

          (3-2)

так как в этом случае за один оборот ротора мимо проводника пройдут р северных и р южных полюсов.

Полюсное деление, см,

          (3-3)

где D — внутренний диаметр статора, см.

Частоту v можно представить в виде

          (3-4)

Учитывая полученное равенство, а также соотношение между максимальным и средним значениями индукции (для синусоиды)  можно (3-1) переписать в следующем виде:

где магнитный поток Ф_м = В_ср/, В·c. Таким образом, действующее значение э.д.с. в проводнике

          (3-5)

Электродвижущая сила витка при y =  (рис. 3-5,в)

          (3-6)

При у <  э.д.с. витка Е_в будет меньше, чем 2Е, так как в этом случае сдвиг между  и  будет меньше 180° (рис. 3-5,г). Этот сдвиг теперь равен:

          (3-7)

Поэтому Е_в при y <  нужно рассчитывать по формуле

          (3-8)

где ε = 180 —γ.

Следовательно, э.д.с. витка

          (3-9)

где

          (3-10)

есть коэффициент укорочения. Он учитывает то, что при у <  э.д.с. проводников, образующих виток, складываются не арифметически, а геометрически: k_у < 1 при у <  и ky = 1 при y = .