تفاوت بین ژنراتورهای با قطب برجسته و ژنراتورهای بدون قطب برجسته
تفاوت‌های بین ژنراتورهای با قطب برجسته و بدون قطب برجسته
ژنراتورهای با قطب برجسته و بدون قطب برجسته دو نوع رایج از ژنراتورهای همگام هستند که در ساختار، عملکرد و کاربرد آنها تفاوت‌های قابل توجهی وجود دارد. در زیر مقایسه جامعی از این دو نوع ارائه شده است:
۱. ساختار روتور
ژنراتور با قطب برجسته:
شکل روتور: در ژنراتور با قطب برجسته، روتور دارای قطب‌های مغناطیسی مشخصی است که از سطح آن بیرون زده و پاشنه‌های قطبی مرئی تشکیل می‌دهند. هر قطب معمولاً شامل یک هسته آهنی و یک سیم‌پیچ برانگیزشی است.
تعداد قطب‌ها: ژنراتورهای با قطب برجسته معمولاً تعداد قطب کمتری (مانند ۲، ۴، ۶، ۸) دارند و فواصل قابل توجهی بین قطب‌ها (مناطق بین قطبی) وجود دارد.
کاربرد: ژنراتورهای با قطب برجسته عمدتاً در کاربردهای با سرعت پایین و ظرفیت بالا مانند ژنراتورهای هیدروالکتریک و ژنراتورهای موتور بخار استفاده می‌شوند.
ژنراتور بدون قطب برجسته:
شکل روتور: روتور ژنراتور بدون قطب برجسته یک سطح صاف و استوانه‌ای دارد و قطب‌های برجسته‌ای ندارد. سیم‌پیچ‌های برانگیزشی در شیارهای داخل روتور قرار داده شده‌اند.
تعداد قطب‌ها: ژنراتورهای بدون قطب برجسته معمولاً تعداد قطب بیشتری (مانند ۱۲، ۱۶، ۲۴) دارند که به طور مساوی در دور روتور توزیع شده‌اند و مناطق بین قطبی کمتری دارند.
کاربرد: ژنراتورهای بدون قطب برجسته عمدتاً در کاربردهای با سرعت بالا و ظرفیت متوسط تا کوچک مانند ژنراتورهای موتور بخار و ژنراتورهای موتور گازی استفاده می‌شوند.
۲. توزیع فاصله هوایی
ژنراتور با قطب برجسته:
فاصله هوایی نامتجانس: به دلیل قطب‌های برجسته، فاصله هوایی در ژنراتور با قطب برجسته در قطب‌ها کمتر و در مناطق بین قطبی بیشتر است. این فاصله هوایی نامتجانس منجر به توزیع مغناطیسی غیرسینوسی می‌شود که کیفیت موج ولتاژ خروجی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.
محتوای هارمونیک: فاصله هوایی نامتجانس می‌تواند به محتوای هارمونیک بالاتر در ولتاژ خروجی، به ویژه هارمونیک سوم، منجر شود.
ژنراتور بدون قطب برجسته:
فاصله هوایی متجانس: فاصله هوایی در ژنراتور بدون قطب برجسته در کل محیط تقریباً متجانس است که منجر به توزیع مغناطیسی سینوسی‌تر و کیفیت بهتر موج ولتاژ خروجی می‌شود.
محتوای هارمونیک: فاصله هوایی متجانس محتوای هارمونیک را کاهش می‌دهد و موج ولتاژ تمیزتری ایجاد می‌کند.
۳. ویژگی‌های الکترومغناطیسی
ژنراتور با قطب برجسته:
واکنش محور مستقیم و محور متعامد: در ژنراتور با قطب برجسته، واکنش محور مستقیم (Xd) و واکنش محور متعامد (Xq) متفاوت است. Xd بزرگتر است زیرا جریان مغناطیسی از طریق قطب‌ها با مقاومت کمتری مواجه می‌شود، در حالی که Xq کوچکتر است به دلیل مقاومت بالاتر در مناطق بین قطبی.
نسبت کوتاه‌مدار (SCR): ژنراتورهای با قطب برجسته نسبت کوتاه‌مدار کمتری دارند که معمولاً بین ۱.۰ تا ۲.۰ متغیر است. این منجر به جریان‌های کوتاه‌مدار بالاتر اما بازیابی ولتاژ آهسته‌تر در حالت‌های خرابی می‌شود.
ژنراتور بدون قطب برجسته:
واکنش محور مستقیم و محور متعامد: در ژنراتور بدون قطب برجسته، واکنش محور مستقیم و محور متعامد به دلیل فاصله هوایی متجانس و مسیر جریان مغناطیسی متقارن تقریباً مساوی هستند.
نسبت کوتاه‌مدار (SCR): ژنراتورهای بدون قطب برجسته نسبت کوتاه‌مدار بالاتری دارند که معمولاً بین ۲.۰ تا ۳.۰ متغیر است. این منجر به جریان‌های کوتاه‌مدار کمتر و بازیابی ولتاژ سریع‌تر در حالت‌های خرابی می‌شود.
۴. ویژگی‌های مکانیکی
ژنراتور با قطب برجسته:
惯性矩大：凸极发电机中的较大磁极导致转子惯性矩更大，使其适用于低速、高惯性系统，如水力涡轮机。
通風和冷卻：磁极之间的间隙有助于设计冷却管道，提供更好的通风和冷却性能。
ژنراتور بدون قطب برجسته:
惯性矩小：隐极发电机的紧凑转子结构导致惯性矩较小，使其适用于高速、低惯性系统，如蒸汽涡轮机。
通風和冷卻：隐极发电机的光滑转子表面使得通风和冷却更加复杂，通常需要专门的冷却系统。
۵. 启动特性
ژنراتور با قطب برجسته:
高启动转矩：由于较大的磁极，凸极发电机在启动时提供更高的电磁转矩，适用于需要较大启动转矩的应用。
ژنراتور بدون قطب برجسته:
较低的启动转矩：隐极发电机的启动转矩相对较低，但在高速运行时表现出更好的动态响应。
۶. 应用
ژنراتور با قطب برجسته:
主要用于低速、大容量发电系统，如水电站和核电站。凸极发电机的低速特性使其非常适合与水轮机或低速蒸汽轮机配合使用。
ژنراتور بدون قطب برجسته:
主要用于高速、中到小容量发电系统，如热电站和燃气轮机电站。隐极发电机的高速特性使其非常适合与蒸汽轮机或燃气轮机配合使用。
总结
凸极发电机：具有明显的磁极、不均匀的气隙，适用于低速、大容量应用，如水力发电机。其优点包括较高的启动转矩和较好的冷却性能，但输出电压可能含有更多的谐波。
隐极发电机：具有光滑的转子表面、均匀的气隙，适用于高速、中到小容量应用，如蒸汽轮机发电机。其优点包括更好的输出电压波形质量和更快的短路恢复速度，但启动转矩较低。
选择凸极发电机还是隐极发电机取决于具体应用要求，包括速度、容量、启动特性以及系统的机械和电气需求。
