La diferencia entre generadores de polo saliente y generadores de polo no saliente

Diferencias entre generadores de polo saliente y generadores de polo no saliente

Los generadores de polo saliente y los generadores de polo no saliente son dos tipos comunes de generadores síncronos que difieren significativamente en estructura, rendimiento y aplicación. A continuación se presenta una comparación detallada de ambos:

1. Estructura del rotor

• Generador de polo saliente:

• Forma del rotor: En un generador de polo saliente, el rotor tiene polos magnéticos distintos que sobresalen de su superficie, formando zapatas de polo visibles. Cada polo suele consistir en un núcleo de hierro y un viento de excitación.

• Número de polos: Los generadores de polo saliente suelen tener menos polos (como 2, 4, 6, 8), con espacios notables entre los polos (regiones interpolares).

• Aplicación: Los generadores de polo saliente se utilizan principalmente en aplicaciones de baja velocidad y alta capacidad, como generadores hidroeléctricos y generadores accionados por turbinas de vapor.

• Generador de polo no saliente:

• Forma del rotor: El rotor de un generador de polo no saliente tiene una superficie cilíndrica lisa sin polos sobresalientes visibles. Los vientos de excitación están incrustados en ranuras dentro del rotor.

• Número de polos: Los generadores de polo no saliente suelen tener más polos (como 12, 16, 24), distribuidos uniformemente alrededor del rotor, con regiones interpolares mínimas.

• Aplicación: Los generadores de polo no saliente se utilizan principalmente en aplicaciones de alta velocidad y capacidad media a pequeña, como generadores accionados por turbinas de vapor y turbinas de gas.

2. Distribución del aire de separación

• Generador de polo saliente:

• Aire de separación no uniforme: Debido a los polos sobresalientes, el aire de separación en un generador de polo saliente es menor en los polos y mayor en las regiones interpolares. Este aire de separación no uniforme produce una distribución de campo magnético no sinusoidal, afectando la calidad de la forma de onda de tensión de salida.

• Contenido armónico: El aire de separación no uniforme puede resultar en un contenido armónico más alto en la tensión de salida, especialmente en los armónicos de tercer orden.

• Generador de polo no saliente:

• Aire de separación uniforme: El aire de separación en un generador de polo no saliente es casi uniforme alrededor de toda la circunferencia, lo que resulta en una distribución de campo magnético más sinusoidal y mejor calidad de la forma de onda de tensión de salida.

• Contenido armónico: El aire de separación uniforme minimiza el contenido armónico, produciendo una forma de onda de tensión más limpia.

3. Características electromagnéticas

• Generador de polo saliente:

• Reactancia del eje directo y del eje cuadratura: En un generador de polo saliente, la reactancia del eje directo (Xd) y la reactancia del eje cuadratura (Xq) son diferentes. Xd es mayor porque el flujo magnético a través de los polos encuentra menos reluctancia, mientras que Xq es menor debido a la mayor reluctancia en las regiones interpolares.

• Relación de cortocircuito (SCR): Los generadores de polo saliente tienen una relación de cortocircuito más baja, generalmente en el rango de 1.0 a 2.0. Esto resulta en corrientes de cortocircuito más altas pero una recuperación de tensión más lenta durante las fallas.

• Generador de polo no saliente:

• Reactancia del eje directo y del eje cuadratura: En un generador de polo no saliente, la reactancia del eje directo y la reactancia del eje cuadratura son casi iguales debido al aire de separación uniforme y al camino de flujo simétrico.

• Relación de cortocircuito (SCR): Los generadores de polo no saliente tienen una relación de cortocircuito más alta, generalmente en el rango de 2.0 a 3.0. Esto resulta en corrientes de cortocircuito más bajas y una recuperación de tensión más rápida durante las fallas.

4. Características mecánicas

• Generador de polo saliente:

• Inercia del rotor grande: Los polos más grandes en un generador de polo saliente contribuyen a una inercia del rotor mayor, haciéndolo adecuado para sistemas de baja velocidad y alta inercia, como turbinas hidroeléctricas.

• Ventilación y refrigeración: Los espacios entre los polos facilitan el diseño de conductos de refrigeración, proporcionando un mejor rendimiento de ventilación y refrigeración.

• Generador de polo no saliente:

• Inercia del rotor pequeña: La estructura compacta del rotor en un generador de polo no saliente resulta en una inercia menor, haciéndolo adecuado para sistemas de alta velocidad y baja inercia, como turbinas de vapor.

• Ventilación y refrigeración: La superficie lisa del rotor en un generador de polo no saliente hace que la ventilación y la refrigeración sean más complejas, a menudo requiriendo sistemas de refrigeración especializados.

5. Características de arranque

• Generador de polo saliente:

• Par de arranque alto: Debido a los polos más grandes, los generadores de polo saliente proporcionan un par electromagnético más alto durante el arranque, haciéndolos adecuados para aplicaciones que requieren un par de arranque significativo.

• Generador de polo no saliente:

• Par de arranque bajo: Los generadores de polo no saliente tienen un par de arranque relativamente bajo, pero exhiben una mejor respuesta dinámica durante la operación a alta velocidad.

6. Aplicaciones

• Generador de polo saliente:

• Se utiliza principalmente en sistemas de generación de energía de baja velocidad y alta capacidad, como centrales hidroeléctricas y plantas nucleares. Las características de baja velocidad de los generadores de polo saliente los hacen ideales para su uso con turbinas hidráulicas o turbinas de vapor de baja velocidad.

• Generador de polo no saliente:

• Se utiliza principalmente en sistemas de generación de energía de alta velocidad y capacidad media a pequeña, como centrales térmicas y plantas de turbinas de gas. Las características de alta velocidad de los generadores de polo no saliente los hacen ideales para su uso con turbinas de vapor o turbinas de gas.

Resumen

• Generador de polo saliente: Presenta polos magnéticos distintos, aire de separación no uniforme y es adecuado para aplicaciones de baja velocidad y alta capacidad, como generadores hidroeléctricos. Sus ventajas incluyen un par de arranque más alto y un mejor rendimiento de refrigeración, pero puede tener un contenido armónico más alto en la tensión de salida.

• Generador de polo no saliente: Tiene una superficie del rotor lisa, aire de separación uniforme y es adecuado para aplicaciones de alta velocidad y capacidad media a pequeña, como generadores de turbinas de vapor. Sus ventajas incluyen una mejor calidad de la forma de onda de tensión de salida y una recuperación más rápida de cortocircuitos, pero tiene un par de arranque más bajo.

La elección entre un generador de polo saliente y un generador de polo no saliente depende de los requisitos específicos de la aplicación, incluyendo velocidad, capacidad, características de arranque y las necesidades mecánicas y eléctricas del sistema.