تفاوت بین ژنراتورهای با قطب برجسته و ژنراتورهای بدون قطب برجسته

تفاوت‌های بین مولدهای با قطب‌های برجسته و مولدهای بدون قطب‌های برجسته

مولدهای با قطب‌های برجسته و مولدهای بدون قطب‌های برجسته دو نوع رایج از مولدهای همزمان هستند که در ساختار، عملکرد و کاربرد به طور قابل توجهی متفاوت هستند. در زیر مقایسه جامعی از این دو ارائه شده است:

۱. ساختار روتور

• مولدهای با قطب‌های برجسته:

• شکل روتور: در مولد با قطب‌های برجسته، روتور قطب‌های مغناطیسی مشخصی دارد که از سطح آن بیرون زده و پاشنه‌های قطبی مشهود را تشکیل می‌دهند. هر قطب معمولاً شامل یک هسته فولادی و یک سیم‌پیچ برانگیزشی است.

• تعداد قطب‌ها: مولدهای با قطب‌های برجسته معمولاً تعداد قطب کمتری (مانند ۲، ۴، ۶، ۸) دارند و فواصل قابل توجهی بین قطب‌ها (منطقه بینقطبی) وجود دارد.

• کاربرد: مولدهای با قطب‌های برجسته عمدتاً در کاربردهای با سرعت پایین و ظرفیت بالا مانند مولدهای برق آبی و مولدهای موتور توربین بخار استفاده می‌شوند.

• مولدهای بدون قطب‌های برجسته:

• شکل روتور: روتور مولد بدون قطب‌های برجسته سطح صاف و استوانه‌ای دارد و هیچ قطب برجسته‌ای ندارد. سیم‌پیچ‌های برانگیزشی در شیارهای داخل روتور قرار داده شده‌اند.

• تعداد قطب‌ها: مولدهای بدون قطب‌های برجسته معمولاً تعداد قطب بیشتری (مانند ۱۲، ۱۶، ۲۴) دارند که به طور مساوی در اطراف روتور توزیع شده‌اند و مناطق بینقطبی کمتری دارند.

• کاربرد: مولدهای بدون قطب‌های برجسته عمدتاً در کاربردهای با سرعت بالا و ظرفیت متوسط تا کوچک مانند مولدهای موتور توربین بخار و مولدهای موتور توربین گاز استفاده می‌شوند.

۲. توزیع فاصله هوایی

• مولدهای با قطب‌های برجسته:

• فاصله هوایی غیرهمگن: به دلیل قطب‌های برجسته، فاصله هوایی در مولد با قطب‌های برجسته در قطب‌ها کوچکتر و در مناطق بینقطبی بزرگتر است. این فاصله هوایی غیرهمگن منجر به توزیع میدان مغناطیسی غیرسینوسی می‌شود که کیفیت موج ولتاژ خروجی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

• محتوای هارمونیک: فاصله هوایی غیرهمگن می‌تواند به افزایش محتوای هارمونیک در ولتاژ خروجی، به ویژه هارمونیک سوم، منجر شود.

• مولدهای بدون قطب‌های برجسته:

• فاصله هوایی همگن: فاصله هوایی در مولد بدون قطب‌های برجسته تقریباً در تمام محیط همگن است، که منجر به توزیع میدان مغناطیسی سینوسی‌تر و کیفیت بهتر موج ولتاژ خروجی می‌شود.

• محتوای هارمونیک: فاصله هوایی همگن محتوای هارمونیک را کاهش می‌دهد و موج ولتاژ تمیزتری تولید می‌کند.

۳. ویژگی‌های الکترومغناطیسی

• مولدهای با قطب‌های برجسته:

• واکنش محور مستقیم و واکنش محور متعامد: در مولد با قطب‌های برجسته، واکنش محور مستقیم (Xd) و واکنش محور متعامد (Xq) متفاوت هستند. Xd بزرگتر است زیرا جریان مغناطیسی از طریق قطب‌ها با مقاومت کمتری مواجه می‌شود، در حالی که Xq به دلیل مقاومت بیشتر در مناطق بینقطبی کوچکتر است.

• نسبت کوتاه‌شدن (SCR): مولدهای با قطب‌های برجسته نسبت کوتاه‌شدن پایین‌تری دارند که معمولاً بین ۱.۰ تا ۲.۰ متغیر است. این منجر به جریان‌های کوتاه‌شدن بالاتر اما بازیابی ولتاژ کندتر در مواقع خطا می‌شود.

• مولدهای بدون قطب‌های برجسته:

• واکنش محور مستقیم و واکنش محور متعامد: در مولد بدون قطب‌های برجسته، واکنش محور مستقیم و واکنش محور متعامد به دلیل فاصله هوایی همگن و مسیر جریان مغناطیسی متقارن تقریباً مساوی هستند.

• نسبت کوتاه‌شدن (SCR): مولدهای بدون قطب‌های برجسته نسبت کوتاه‌شدن بالاتری دارند که معمولاً بین ۲.۰ تا ۳.۰ متغیر است. این منجر به جریان‌های کوتاه‌شدن کمتر و بازیابی ولتاژ سریع‌تر در مواقع خطا می‌شود.

۴. ویژگی‌های مکانیکی

• مولدهای با قطب‌های برجسته:

• ممان اینرسی روتور بزرگ: قطب‌های بزرگ‌تر در مولد با قطب‌های برجسته منجر به ممان اینرسی بالاتر می‌شود که آن را برای سیستم‌های با سرعت پایین و اینرسی بالا مانند توربین‌های برق آبی مناسب می‌کند.

• تهویه و خنک‌سازی: فواصل بین قطب‌ها طراحی لوله‌های خنک‌سازی را تسهیل می‌کند و عملکرد تهویه و خنک‌سازی بهتری فراهم می‌کند.

• مولدهای بدون قطب‌های برجسته:

• ممان اینرسی روتور کوچک: ساختار روتور فشرده در مولد بدون قطب‌های برجسته موجب ممان اینرسی کمتر می‌شود که آن را برای سیستم‌های با سرعت بالا و اینرسی کم مانند توربین‌های بخار مناسب می‌کند.

• تهویه و خنک‌سازی: سطح صاف روتور در مولد بدون قطب‌های برجسته تهویه و خنک‌سازی را پیچیده‌تر می‌کند و اغلب نیاز به سیستم‌های خنک‌سازی تخصصی دارد.

۵. ویژگی‌های شروع

• مولدهای با قطب‌های برجسته:

• گشتاور شروع بالا: به دلیل قطب‌های بزرگ‌تر، مولدهای با قطب‌های برجسته گشتاور الکترومغناطیسی بالاتری در زمان شروع فراهم می‌کنند که آن‌ها را برای کاربردهایی که نیاز به گشتاور شروع قابل توجهی دارند مناسب می‌کند.

• مولدهای بدون قطب‌های برجسته:

• گشتاور شروع پایین‌تر: مولدهای بدون قطب‌های برجسته گشتاور شروع نسبتاً پایین‌تری دارند اما در حالت عملکرد با سرعت بالا پاسخ دینامیکی بهتری دارند.

۶. کاربردها

• مولدهای با قطب‌های برجسته:

• عمدتاً در سیستم‌های تولید برق با سرعت پایین و ظرفیت بالا مانند نیروگاه‌های برق آبی و نیروگاه‌های هسته‌ای استفاده می‌شوند. ویژگی‌های سرعت پایین مولدهای با قطب‌های برجسته آن‌ها را برای استفاده با توربین‌های آبی یا توربین‌های بخار با سرعت پایین مناسب می‌کند.

• مولدهای بدون قطب‌های برجسته:

• عمدتاً در سیستم‌های تولید برق با سرعت بالا و ظرفیت متوسط تا کوچک مانند نیروگاه‌های حرارتی و نیروگاه‌های توربین گاز استفاده می‌شوند. ویژگی‌های سرعت بالا مولدهای بدون قطب‌های برجسته آن‌ها را برای استفاده با توربین‌های بخار یا توربین‌های گاز مناسب می‌کند.

خلاصه

• مولدهای با قطب‌های برجسته: دارای قطب‌های مغناطیسی مشهود، فاصله هوایی غیرهمگن و مناسب برای کاربردهای با سرعت پایین و ظرفیت بالا مانند مولدهای برق آبی هستند. مزایای آن‌ها شامل گشتاور شروع بالاتر و عملکرد خنک‌سازی بهتر است، اما ممکن است محتوای هارمونیک بیشتری در ولتاژ خروجی داشته باشد.

• مولدهای بدون قطب‌های برجسته: دارای سطح صاف روتور، فاصله هوایی همگن و مناسب برای کاربردهای با سرعت بالا و ظرفیت متوسط تا کوچک مانند مولدهای توربین بخار هستند. مزایای آن‌ها شامل کیفیت بهتر موج ولتاژ خروجی و بازیابی سریع‌تر در مواقع کوتاه‌شدن است، اما گشتاور شروع پایین‌تری دارند.

انتخاب بین مولد با قطب‌های برجسته و مولد بدون قطب‌های برجسته به نیازهای کاربردی خاص، از جمله سرعت، ظرفیت، ویژگی‌های شروع و نیازهای مکانیکی و الکتریکی سیستم بستگی دارد.