La diferència entre els generadors amb pols prominents i els generadors sense pols prominents

Diferències entre els generadors de pols salients i els generadors de pols no salients

Els generadors de pols salients i els generadors de pols no salients són dos tipus comuns de generadors síncrons que difereixen significativament en estructura, rendiment i aplicació. A continuació es presenta una comparació detallada dels dos:

1. Estructura del rotor

• Generador de pols salients:

• Forma del rotor: En un generador de pols salients, el rotor té pols magnètics distints que sobresorgeixen de la seva superfície, formant còpies visibles de pols. Cada pol sol consistir en un nucli de ferro i un bobinat d'excitació.

• Nombre de pols: Els generadors de pols salients solen tenir menys pols (com ara 2, 4, 6, 8), amb intervals notables entre els pols (regió interpolar).

• Aplicació: Els generadors de pols salients s'utilitzen principalment en aplicacions de baixa velocitat i alta capacitat, com els generadors hidràulics i els generadors accionats per turbinas de vapor.

• Generador de pols no salients:

• Forma del rotor: El rotor d'un generador de pols no salients té una superfície cilíndrica suau sense cap pol visible que sobresorgeixi. Els bobinats d'excitació estan incrustats en ranures dins del rotor.

• Nombre de pols: Els generadors de pols no salients solen tenir més pols (com ara 12, 16, 24), distribuïts uniformement al voltant del rotor, amb regions interpolar mínimes.

• Aplicació: Els generadors de pols no salients s'utilitzen principalment en aplicacions de velocitat alta i capacitat mitjana o petita, com els generadors accionats per turbinas de vapor i generadors accionats per turbines de gas.

2. Distribució de l'intercanvi d'aire

• Generador de pols salients:

• Intercanvi d'aire no uniforme: Degut als pols que sobresorgeixen, l'intercanvi d'aire en un generador de pols salients és més petit als pols i més gran en les regions interpolar. Aquest intercanvi d'aire no uniforme provoca una distribució de camp magnètic no sinusoidal, afectant la qualitat de la forma d'ona de tensió de sortida.

• Contingut harmònic: L'intercanvi d'aire no uniforme pot resultar en un contingut harmònic més alt en la tensió de sortida, especialment en harmoniques de tercer ordre.

• Generador de pols no salients:

• Intercanvi d'aire uniforme: L'intercanvi d'aire en un generador de pols no salients és gairebé uniforme al voltant de tota la circumferència, resultant en una distribució de camp magnètic més sinusoidal i millor qualitat de la forma d'ona de tensió de sortida.

• Contingut harmònic: L'intercanvi d'aire uniforme minimitza el contingut harmònic, produint una forma d'ona de tensió més neta.

3. Característiques electromagnètiques

• Generador de pols salients:

• Reactància de l'eix directe i reactància de l'eix quadrature: En un generador de pols salients, la reactància de l'eix directe (Xd) i la reactància de l'eix quadrature (Xq) són diferents. Xd és més gran perquè el flux magnètic a través dels pols troba menys relutància, mentre que Xq és més petit degut a la major relutància en les regions interpolar.

• Ràtio de curto-circuit (SCR): Els generadors de pols salients tenen un ràtio de curto-circuit més baix, típicament compres entre 1,0 i 2,0. Això resulta en corrents de curto-circuit més altes però una recuperació de tensió més lenta durant els defectes.

• Generador de pols no salients:

• Reactància de l'eix directe i reactància de l'eix quadrature: En un generador de pols no salients, la reactància de l'eix directe i la reactància de l'eix quadrature són gairebé iguals degut a l'intercanvi d'aire uniforme i la trajectòria de flux simètrica.

• Ràtio de curto-circuit (SCR): Els generadors de pols no salients tenen un ràtio de curto-circuit més alt, típicament compres entre 2,0 i 3,0. Això resulta en corrents de curto-circuit més baixes i una recuperació de tensió més ràpida durant els defectes.

4. Característiques mecàniques

• Generador de pols salients:

• Inèrcia del rotor gran: Els pols més grans en un generador de pols salients contribueixen a una inèrcia del rotor més gran, fent-lo adequat per a sistemes de baixa velocitat i alta inèrcia, com les turbines hidràuliques.

• Ventilació i refredament: Les obertures entre els pols faciliten el disseny de ductes de refredament, proporcionant millor ventilació i rendiment de refredament.

• Generador de pols no salients:

• Inèrcia del rotor petita: La estructura compacta del rotor en un generador de pols no salients resulta en una inèrcia menor, fent-lo adequat per a sistemes de velocitat alta i baixa inèrcia, com les turbines de vapor.

• Ventilació i refredament: La superfície suau del rotor en un generador de pols no salients fa que la ventilació i el refredament siguin més complexos, sovint necessitant sistemes de refredament especialitzats.

5. Característiques d'arrancada

• Generador de pols salients:

• Torque d'arrancada alt: Degut als pols més grans, els generadors de pols salients proporcionen un torque electromagnètic més alt durant l'arrancada, fent-los adequats per a aplicacions que requereixen un torque d'arrancada significatiu.

• Generador de pols no salients:

• Torque d'arrancada més baix: Els generadors de pols no salients tenen un torque d'arrancada relativament més baix, però mostren una millor resposta dinàmica durant l'operació a velocitat alta.

6. Aplicacions

• Generador de pols salients:

• S'utilitza principalment en sistemes de generació d'energia de baixa velocitat i alta capacitat, com les centrales hidroelèctriques i les centrales nuclears. Les característiques de baixa velocitat dels generadors de pols salients els fan ideals per utilitzar amb turbines hidràuliques o turbines de vapor de baixa velocitat.

• Generador de pols no salients:

• S'utilitza principalment en sistemes de generació d'energia de velocitat alta i capacitat mitjana o petita, com les centrales tèrmiques i les centrales de turbines de gas. Les característiques de velocitat alta dels generadors de pols no salients els fan ideals per utilitzar amb turbines de vapor o turbines de gas.

Resum

• Generador de pols salients: Presenta pols magnètics distints, intercanvi d'aire no uniforme, i és adequat per a aplicacions de baixa velocitat i alta capacitat com els generadors hidràulics. Les seves avantatges inclouen un torque d'arrancada més alt i millor rendiment de refredament, però pot tenir més contingut harmònic en la tensió de sortida.

• Generador de pols no salients: Té una superfície del rotor suau, intercanvi d'aire uniforme, i és adequat per a aplicacions de velocitat alta i capacitat mitjana o petita com els generadors de turbines de vapor. Les seves avantatges inclouen millor qualitat de la forma d'ona de tensió de sortida i una recuperació més ràpida de curto-circuit, però té un torque d'arrancada més baix.

La elecció entre un generador de pols salients i un generador de pols no salients depèn de les exigències específiques de l'aplicació, incloent la velocitat, la capacitat, les característiques d'arrancada, i les necessitats mecàniques i elèctriques del sistema.