5.3. Обмотувальний простір і коефіцієнти заповнення
Площа перетину котушки, перпендикулярного до напрямку обмотувальних проводів, безпосередньо зайнята обмотувальними проводами, називається обмотувальним простором котушки (рис. 5.6).
Площа обмотувального простору визначається з рівняння
, (5.1)
де h – висота обмотувального простору, м; а – ширина обмотувального простору, м.
Якщо Dвн – внутрішній діаметр обмотки котушки, а Dнар – її зовнішній діаметр, то
. (5.2)
Зазвичай рекомендується співвідношення висоти обмотувального простору до його ширини h/а = (2...6), але це співвідношення не є обов'язковим.
Використання обмотувального простору буде тим кращим, чим більша частина його заповнена чистою міддю. Ця величина характеризується коефіцієнтом заповнення котушки по міді, що дорівнює відношенню площі, зайнятою міддю, до площі обмотувального простору:
. (5.3)
Оскільки як обмотувальний провід у більшості випадків застосовується провід круглого перетину, то перетин міді одного проводу
,
де d — діаметр мідної жили проводу, то площа котушки, зайнята міддю, якщо котушка має wвитків буде дорівнювати
.
Підставляючи цей вираз в (5.3) і з огляду на (5.1), одержимо
. (5.4)
Зовсім очевидно, що значення коефіцієнта заповнення по міді бажано мати найбільшим. Величина коефіцієнта заповнення по міді залежить від наступних факторів:
1)профілю мідної жили. Обмотка котушки, що виконана з прямокутного обмотувального проводу, буде мати більш високе значення kз.м, тому що прямокутний провід можна укласти більш щільно, ніж круглий;
2) товщини ізоляції обмотувального проводу. Чим більш товща ізоляція, тим меншу площу займає мідь і тим нижче значення kз.м.. Зазвичай приймається: для обмотувальних проводів з емалевою ізоляцією kз.м= (0,45...0…0,55); для проводів з ізоляцією з пряжі і з комбінованою ізоляцією kз.м= (0,28...0…0,35);
3) перетину обмотувального проводу. Чим більше перетин, тим вище значення kз.м.. Це пояснюється не тільки тим, що провід великого перетину можна укласти більш щільно, але й тим, що радіальна товщина ізоляції змінюється незначно при зміні діаметра проводу і для тонких проводів стосовно перетину міді займає велику площу;
4) способу намотування. Розрізняють три способи намотування: рядовий (рис. 5.6, а), коли витки одного шару розташовуються досить щільно один до одного і знаходяться точно над витками попереднього шару — найбільш розповсюджений спосіб; шаховий (рис. 5.6, б), коли витки розташовані в проміжках між витками попереднього шару — спосіб дуже трудомісткий у виготовленні; довільний (дикий), коли витки хоча і розташовані шарами, але точного укладання їх не відбувається — застосовується в котушках з великим числом витків з проводу малого діаметра (0,1...0…0,3 мм).
В залежності від способу намотування змінюється і щільність, а отже, змінюється і значення kз.м. Найбільшу щільність і найбільше значення kз.м має шахова обмотка, але через велику трудомісткість вона майже не застосовується. Найменшу щільність і найменше значення kз.м має дике намотування, оскільки виконати рядове намотування при дуже малих діаметрах обмотувального проводу практично неможливо через величезну трудомісткість.
Величиною, що характеризує щільність намотування і можливість її виготовлення, є обмотувальний коефіцієнт заповнення
, (5.5)
де dіз – діаметр проводу в ізоляції, м.
Рис. 5.6. Обмотувальний простір котушки та укладання обмотувального проводу: а) – рядове; б) – шахматне.
В залежності від способу намотування значення обмотувального коефіцієнта заповнення наступне: дика обмотка kз..про=0,6...0,75; рядова обмотка kз..про= 0,75...0,85; шахова обмотка kз..про=0,85...0,95. При дуже ретельному укладанні витків досить великого діаметра (більше 1 мм) при рядовій обмотці можна одержати kз..про= 0,9...0,95. Обмотувальний коефіцієнт заповнення при виконанні обмотки з міді прямокутного перетину kз..про=0,9...0,93