הבדל בין מנועי גנרטור עם קוטב בולט לבין מנועי גנרטור ללא קוטב בולט
הבדלים בין גנרטורים עם קטבים בולטים לבין גנרטורים ללא קטבים בולטים
גנרטורים עם קטבים בולטים וגנרטורים ללא קטבים בולטים הם שני סוגי גנרטורים סינכרוניים נפוצים, המבדילים באופן משמעותי במבנה, ביצועים ותפוצה. להלן השוואה מפורטת של השניים:
1. מבנה הרוטור
גנרטור עם קטבים בולטים:
צורת הרוטור: בגנרטור עם קטבים בולטים, לרוטור יש קטבים מגנטיים בולטים שמתבלטים מהמשטח שלו, יוצרים את קצות הקטבים הנראות לעין. כל קוטב כולל בדרך כלל ליבה פלדה ומגנט אקסיטציה.
מספר הקטבים: גנרטורים עם קטבים בולטים בדרך כלל מכילים מספר קטן יותר של קטבים (כגון 2, 4, 6, 8), עם הפסקות ניכרות בין הקטבים (אזורים בין קטביים).
יישום: גנרטורים עם קטבים בולטים משמשים בעיקר ביישומים במהירויות נמוכות ובקיבולת גבוהה, כגון גנרטורי אנרגיה הידרואלקטרית וגנרטורי טורבינות קיטור.
גנרטור ללא קטבים בולטים:
צורת הרוטור: לרוטור של גנרטור ללא קטבים בולטים יש משטח חלק בצורת צילינדר ללא קטבים בולטים שנראים לעין. המגנטים לאקסיטציה מוטמעים בעקומות בתוך הרוטור.
מספר הקטבים: גנרטורים ללא קטבים בולטים בדרך כלל מכילים מספר גדול יותר של קטבים (כגון 12, 16, 24), מפוזרים באופן אחיד סביב הרוטור, עם אזורים בין קטביים מזעריים.
יישום: גנרטורים ללא קטבים בולטים משמשים בעיקר ביישומים במהירויות גבוהות ובקיבולת בינונית עד קטנה, כגון גנרטורי טורבינות קיטור וגנרטורי טורבינות גז.
2. התפלגות הפער האווירי
גנרטור עם קטבים בולטים:
הפער האווירי אינו אחיד: בשל הקטבים הבולטים, הפער האווירי בגנרטור עם קטבים בולטים הוא קטן יותר בקטבים וגדול יותר באזורים בין קטביים. הפער האווירי שאינו אחיד מוביל להתפלגות שדה מגנטי שאינו סינוסואידלי, המשפיע על איכות עקומת המתח החיצוי.
תוכן הרמוני: הפער האווירי שאינו אחיד יכול להוביל לתוכן הרמוני גבוה יותר במתח החיצוי, במיוחד הרמוניות שלישיות.
גנרטור ללא קטבים בולטים:
הפער האווירי אחיד: הפער האווירי בגנרטור ללא קטבים בולטים הוא כמעט אחיד לאורך כל הקפת הרוטור, מה שמוביל להתפלגות שדה מגנטי סינוסואידלית ואיכות טובה יותר של עקומת המתח החיצוי.
תוכן הרמוני: הפער האווירי האחיד מפחית את התוכן ההרמוני, מייצר עקומת מתח נקייה יותר.
3. מאפיינים אלקטרומגנטיים
גנרטור עם קטבים בולטים:
שיכוך ציר ישיר ושיכוך ציר מרובע: בגנרטור עם קטבים בולטים, השיכוך הצירי הישיר (Xd) והשיכוך הצירי המרובע (Xq) שונים. Xd גדול יותר כי השדה המגנטי דרך הקטבים פוגש בהתנגדות פחותה, בעוד Xq קטן יותר עקב ההתנגדות הגבוהה באזורים בין קטביים.
יחס קצר-مدار (SCR): גנרטורים עם קטבים בולטים הם בעלי יחס קצר-مدار נמוך, בדרך כלל נע בין 1.0 ל-2.0. זה מוביל למתח קצר-مدار גבוה יותר אך לשחזור מתח איטי יותר במהלך תקלות.
גנרטור ללא קטבים בולטים:
שיכוך ציר ישיר ושיכוך ציר מרובע: בגנרטור ללא קטבים בולטים, השיכוך הצירי הישיר והשיכוך הצירי המרובע כמעט שווים בשל הפער האווירי האחיד ומסלול השדה המגנטי הסימטרי.
יחס קצר-مدار (SCR): גנרטורים ללא קטבים בולטים הם בעלי יחס קצר-مدار גבוה, בדרך כלל נע בין 2.0 ל-3.0. זה מוביל למתח קצר-مدار נמוך יותר והשחזור המהיר יותר של המתח במהלך תקלות.
4. מאפיינים מכניים
גנרטור עם קטבים בולטים:
המסה האינרציאלית של הרוטור גדולה: הקטבים הגדולים בגנרטור עם קטבים בולטים תורמים למסה אינרציאלית גבוהה יותר של הרוטור, מה שהופך אותו מתאים למערכות במהירויות נמוכות ובקיבולת גבוהה, כגון טורבינות הידרואלקטריות.
הציפה והקירור: הפערים בין הקטבים מאפשרים את העיצוב של מעברי קירור, מה שנותן ציפה ויכולת קירור טובות יותר.
גנרטור ללא קטבים בולטים:
המסה האינרציאלית של הרוטור קטנה: המבנה הקומפקטי של הרוטור בגנרטור ללא קטבים בולטים מוביל למסה אינרציאלית נמוכה יותר, מה שהופך אותו מתאים למערכות במהירויות גבוהות ובקיבולת נמוכה, כגון טורבינות קיטור.
הציפה והקירור: המשטח החלק של הרוטור בגנרטור ללא קטבים בולטים מקשה על הציפה והקירור, לעיתים קרובות דורש מערכות קירור מיוחדות.
5. מאפייני הפעלה
גנרטור עם קטבים בולטים:
מומנט הפעלה גבוה: בשל הקטבים הגדולים, גנרטורים עם קטבים בולטים מספקים מומנט אלקטרומגנטי גבוה יותר במהלך ההפעלה, מה שהופך אותם מתאימים ליישומים הדורשים מומנט הפעלה משמעותי.
גנרטור ללא קטבים בולטים:
מומנט הפעלה נמוך יותר: גנרטורים ללא קטבים בולטים הם בעלי מומנט הפעלה נמוך יותר אך מפגינים תגובה דינמית טובה יותר במהלך פעילות במהירות גבוהה.
6. יישומים
גנרטור עם קטבים בולטים:
משמש בעיקר ביישומי ייצור חשמל במהירויות נמוכות ובקיבולת גבוהה, כגון תחנות כוח הידרואלקטריות ותחנות כוח גרעיניות. מאפייני המהירות הנמוכה של גנרטורים עם קטבים בולטים הופכים אותם לאידיאליים לשימוש עם טורבינות הידר או טורבינות קיטור במהירויות נמוכות.
גנרטור ללא קטבים בולטים:
משמש בעיקר ביישומי ייצור חשמל במהירויות גבוהות ובקיבולת בינונית עד קטנה, כגון תחנות כוח תרמיות ותחנות כוח טורבינות גז. מאפייני המהירות הגבוהה של גנרטורים ללא קטבים בולטים הופכים אותם לאידיאליים לשימוש עם טורבינות קיטור או טורבינות גז.
סיכום
גנרטור עם קטבים בולטים: כולל קטבים מגנטיים בולטים, הפער אווירי שאינו אחיד, 적אים ליישומים במהירויות נמוכות ובקיבולת גבוהה כמו גנרטורי אנרגיה הידרואלקטרית. יתרונותיו כוללים מומנט הפעלה גבוה יותר ויכולת קירור טובה יותר, אך ייתכן שיש בו יותר תוכן הרמוני במתח החיצוי.
גנרטור ללא קטבים בולטים: כולל משטח רוטור חלק, הפער אווירי אחיד, ומשמש ביישומים במהירויות גבוהות ובקיבולת בינונית עד קטנה כמו גנרטורי טורבינות קיטור. יתרונותיו כוללים איכות טובה יותר של עקומת המתח החיצוי והשחזור המהיר יותר של קצר-مدار, אך יש לו מומנט הפעלה נמוך יותר.
הבחירה בין גנרטור עם קטבים בולטים לבין גנרטור ללא קטבים בולטים תלויה בדרישות היישום הספציפיות, כולל מהירות, קיבולת, מאפייני הפעלה, והצרכים המכניים והאלקטרוניים של המערכת.
