الفرق بين المولدات ذات القطب البارز والمولدات غير ذات القطب البارز
ال различия بين المولدات ذات القطب البارز والمولدات غير ذات القطب البارز
تعتبر المولدات ذات القطب البارز والمولدات غير ذات القطب البارز من أنواع المولدات المتزامنة الشائعة، وتختلف بشكل كبير في البنية والأداء والتطبيق. فيما يلي مقارنة تفصيلية بين النوعين:
1. بنية الدوار
المولد ذو القطب البارز:
شكل الدوار: في المولد ذو القطب البارز، يتميز الدوار بوجود أقطاب مغناطيسية بارزة على سطحه، مما يشكل أحذية قطب مرئية. يتكون كل قطب عادة من نواة حديدية ولفائف تحفيز.
عدد الأقطاب: عادة ما يكون للمولدات ذات القطب البارز عدد أقل من الأقطاب (مثل 2، 4، 6، 8)، مع وجود فجوات واضحة بين الأقطاب (مناطق بين القطبية).
التطبيق: تستخدم المولدات ذات القطب البارز بشكل أساسي في التطبيقات ذات السرعة المنخفضة والسعة العالية، مثل المولدات الكهرومائية والمولدات المحركة بالتوربينات البخارية.
المولد غير ذو القطب البارز:
شكل الدوار: يتميز الدوار في المولد غير ذو القطب البارز بسطح أسطواني ناعم بدون أي أقطاب بارزة مرئية. تكون لفائف التحفيز مثبتة في شقوق داخل الدوار.
عدد الأقطاب: عادة ما يكون للمولدات غير ذات القطب البارز عدد أكبر من الأقطاب (مثل 12، 16، 24)، موزعة بشكل متساوٍ حول الدوار، مع وجود مناطق بين القطبية ضئيلة.
التطبيق: تستخدم المولدات غير ذات القطب البارز بشكل أساسي في التطبيقات ذات السرعة العالية والسعة المتوسطة إلى الصغيرة، مثل المولدات المحركة بالتوربينات البخارية والمولدات المحركة بالتوربينات الغازية.
2. توزيع الفجوة الهوائية
المولد ذو القطب البارز:
الفجوة الهوائية غير الموحدة: بسبب الأقطاب البارزة، تكون الفجوة الهوائية في المولد ذو القطب البارز أصغر عند الأقطاب وأكبر في المناطق بين القطبية. يؤدي هذا التوزيع غير الموحد للفجوة الهوائية إلى توزيع المجال المغناطيسي غير الجيبي، مما يؤثر على جودة موجة الجهد الناتجة.
المحتوى التوافقي: يمكن أن يؤدي التوزيع غير الموحد للفجوة الهوائية إلى زيادة المحتوى التوافقي في الجهد الناتج، خاصة التوافقي الثالث.
المولد غير ذو القطب البارز:
الفجوة الهوائية الموحدة: تكون الفجوة الهوائية في المولد غير ذو القطب البارز موحدة تقريباً حول محيطها بأكمله، مما يؤدي إلى توزيع مجال مغناطيسي أكثر جيبية وجودة أفضل لموجة الجهد الناتجة.
المحتوى التوافقي: تقلل الفجوة الهوائية الموحدة من المحتوى التوافقي، مما ينتج عنه موجة جهد نظيفة.
3. الخصائص الكهرومغناطيسية
المولد ذو القطب البارز:
رد فعل المحور المباشر والمحور المتعامد: في المولد ذو القطب البارز، يختلف رد فعل المحور المباشر (Xd) ورد فعل المحور المتعامد (Xq). يكون Xd أكبر لأن التدفق المغناطيسي عبر الأقطاب يواجه مقاومة أقل، بينما يكون Xq أصغر بسبب المقاومة الأكبر في المناطق بين القطبية.
نسبة القصر (SCR): تكون نسبة القصر في المولدات ذات القطب البارز أقل، وغالباً ما تتراوح بين 1.0 و2.0. وهذا يؤدي إلى تيار قصر أعلى ولكن استعادة الجهد أبطأ أثناء الأعطال.
المولد غير ذو القطب البارز:
رد فعل المحور المباشر والمحور المتعامد: في المولد غير ذو القطب البارز، يكون رد فعل المحور المباشر ورد فعل المحور المتعامد تقريباً متساويين بسبب الفجوة الهوائية الموحدة ومسار التدفق المتناظر.
نسبة القصر (SCR): تكون نسبة القصر في المولدات غير ذات القطب البارز أعلى، وغالباً ما تتراوح بين 2.0 و3.0. وهذا يؤدي إلى تيار قصر أقل واستعادة جهد أسرع أثناء الأعطال.
4. الخصائص الميكانيكية
المولد ذو القطب البارز:
عزم الدوار الكبير: تساهم الأقطاب الكبيرة في المولد ذو القطب البارز في زيادة عزم الدوار، مما يجعله مناسباً للأنظمة ذات السرعة المنخفضة والعزم العالي، مثل التوربينات الكهرومائية.
التبريد والتكييف: تسهل الفجوات بين الأقطاب تصميم قنوات التبريد، مما يوفر تبريد وتكييف أفضل.
المولد غير ذو القطب البارز:
عزم الدوار الصغير: يؤدي بناء الدوار المدمج في المولد غير ذو القطب البارز إلى عزم دوار أقل، مما يجعله مناسباً للأنظمة ذات السرعة العالية والعزم المنخفض، مثل التوربينات البخارية.
التبريد والتكييف: يجعل سطح الدوار الناعم في المولد غير ذو القطب البارز التبريد والتكييف أكثر تعقيداً، غالباً ما يتطلب أنظمة تبريد متخصصة.
5. خصائص بدء التشغيل
المولد ذو القطب البارز:
عزم بدء تشغيل عالي: بسبب الأقطاب الكبيرة، توفر المولدات ذات القطب البارز عزماً كهرومغناطيسياً أعلى خلال بدء التشغيل، مما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب عزماً كبيراً عند بدء التشغيل.
المولد غير ذو القطب البارز:
عزم بدء تشغيل أقل: تتميز المولدات غير ذات القطب البارز بعزم بدء تشغيل أقل ولكنه تظهر استجابة ديناميكية أفضل أثناء التشغيل بسرعة عالية.
6. التطبيقات
المولد ذو القطب البارز:
تستخدم بشكل أساسي في أنظمة توليد الطاقة ذات السرعة المنخفضة والسعة العالية، مثل محطات الطاقة الكهرومائية ومحطات الطاقة النووية. تجعل خصائص السرعة المنخفضة للمولدات ذات القطب البارز منها الخيار الأمثل للعمل مع التوربينات الكهرومائية أو التوربينات البخارية ذات السرعة المنخفضة.
المولد غير ذو القطب البارز:
تستخدم بشكل أساسي في أنظمة توليد الطاقة ذات السرعة العالية والسعة المتوسطة إلى الصغيرة، مثل محطات الطاقة الحرارية ومحطات الطاقة الغازية. تجعل خصائص السرعة العالية للمولدات غير ذات القطب البارز منها الخيار الأمثل للعمل مع التوربينات البخارية أو التوربينات الغازية.
ملخص
المولد ذو القطب البارز: يتميز بأقطاب مغناطيسية بارزة وفجوة هوائية غير موحدة، ومناسب للتطبيقات ذات السرعة المنخفضة والسعة العالية مثل المولدات الكهرومائية. من مزاياه عزم بدء تشغيل أعلى وأداء تبريد أفضل، ولكنه قد يحتوي على محتوى توافقي أعلى في الجهد الناتج.
المولد غير ذو القطب البارز: يتميز بسطح دوار ناعم وفجوة هوائية موحدة، ومناسب للتطبيقات ذات السرعة العالية والسعة المتوسطة إلى الصغيرة مثل المولدات المحركة بالتوربينات البخارية. من مزاياه جودة موجة الجهد الناتجة الأفضل واستعادة الجهد أسرع بعد القصر، ولكنه يحتوي على عزم بدء تشغيل أقل.
يعتمد الاختيار بين المولد ذو القطب البارز والمولد غير ذو القطب البارز على متطلبات التطبيق الخاصة، بما في ذلك السرعة والسعة وخواص بدء التشغيل والاحتياجات الميكانيكية والكهربائية للنظام.
