La differenza tra generatori a poli salienti e generatori a poli non salienti

Differenze tra generatori a poli salienti e generatori a poli non salienti

I generatori a poli salienti e i generatori a poli non salienti sono due tipi comuni di generatori sincroni, che differiscono significativamente in struttura, prestazioni e applicazioni. Di seguito è riportato un confronto dettagliato dei due:

1. Struttura del rotore

• Generatore a poli salienti:

• Forma del rotore: Nel generatore a poli salienti, il rotore ha poli magnetici distinti che sporgono dalla sua superficie, formando poli visibili. Ogni polo è solitamente costituito da un nucleo di ferro e da un avvolgimento di eccitazione.

• Numero di poli: I generatori a poli salienti hanno solitamente meno poli (come 2, 4, 6, 8), con spazi notevoli tra i poli (regioni interpolari).

• Applicazione: I generatori a poli salienti sono utilizzati principalmente in applicazioni ad alta capacità e bassa velocità, come generatori idroelettrici e generatori azionati da turbine a vapore.

• Generatore a poli non salienti:

• Forma del rotore: Il rotore del generatore a poli non salienti ha una superficie cilindrica liscia senza poli visibili sporgenti. Gli avvolgimenti di eccitazione sono inseriti in scanalature all'interno del rotore.

• Numero di poli: I generatori a poli non salienti hanno solitamente più poli (come 12, 16, 24), distribuiti uniformemente intorno al rotore, con regioni interpolari minime.

• Applicazione: I generatori a poli non salienti sono utilizzati principalmente in applicazioni ad alta velocità e media-piccola capacità, come generatori azionati da turbine a vapore e generatori azionati da turbine a gas.

2. Distribuzione dello spazio d'aria

• Generatore a poli salienti:

• Spazio d'aria non uniforme: A causa dei poli sporgenti, lo spazio d'aria nel generatore a poli salienti è più piccolo ai poli e maggiore nelle regioni interpolari. Questo spazio d'aria non uniforme comporta una distribuzione del campo magnetico non sinusoidale, influenzando la qualità della forma d'onda della tensione di uscita.

• Contenuto armonico: Lo spazio d'aria non uniforme può causare un contenuto armonico più elevato nella tensione di uscita, in particolare armoniche terze.

• Generatore a poli non salienti:

• Spazio d'aria uniforme: Lo spazio d'aria nel generatore a poli non salienti è quasi uniforme lungo tutta la circonferenza, risultando in una distribuzione del campo magnetico più sinusoidale e in una migliore qualità della forma d'onda della tensione di uscita.

• Contenuto armonico: Lo spazio d'aria uniforme minimizza il contenuto armonico, producendo una forma d'onda di tensione più pulita.

3. Caratteristiche elettromagnetiche

• Generatore a poli salienti:

• Reattanza dell'asse diretto e reattanza dell'asse quadraturale: Nel generatore a poli salienti, la reattanza dell'asse diretto (Xd) e la reattanza dell'asse quadraturale (Xq) sono diverse. Xd è maggiore perché il flusso magnetico attraverso i poli incontra meno riluttanza, mentre Xq è minore a causa della maggiore riluttanza nelle regioni interpolari.

• Rapporto di cortocircuito (SCR): I generatori a poli salienti hanno un rapporto di cortocircuito inferiore, solitamente compreso tra 1,0 e 2,0. Ciò comporta correnti di cortocircuito più elevate ma una ripresa della tensione più lenta durante le guasti.

• Generatore a poli non salienti:

• Reattanza dell'asse diretto e reattanza dell'asse quadraturale: Nel generatore a poli non salienti, la reattanza dell'asse diretto e la reattanza dell'asse quadraturale sono quasi uguali a causa dello spazio d'aria uniforme e del percorso di flusso simmetrico.

• Rapporto di cortocircuito (SCR): I generatori a poli non salienti hanno un rapporto di cortocircuito superiore, solitamente compreso tra 2,0 e 3,0. Ciò comporta correnti di cortocircuito inferiori e una ripresa della tensione più rapida durante le guasti.

4. Caratteristiche meccaniche

• Generatore a poli salienti:

• Inerzia del rotore elevata: I poli più grandi nel generatore a poli salienti contribuiscono a un'inerzia del rotore superiore, rendendolo adatto a sistemi a bassa velocità e alta inerzia, come turbine idroelettriche.

• Ventilazione e raffreddamento: Le fessure tra i poli facilitano la progettazione di canali di raffreddamento, fornendo migliori prestazioni di ventilazione e raffreddamento.

• Generatore a poli non salienti:

• Inerzia del rotore ridotta: La struttura compatta del rotore del generatore a poli non salienti comporta un'inerzia inferiore, rendendolo adatto a sistemi ad alta velocità e bassa inerzia, come turbine a vapore.

• Ventilazione e raffreddamento: La superficie liscia del rotore del generatore a poli non salienti rende la ventilazione e il raffreddamento più complessi, spesso richiedendo sistemi di raffreddamento specializzati.

5. Caratteristiche di avviamento

• Generatore a poli salienti:

• Coppia di avviamento elevata: A causa dei poli più grandi, i generatori a poli salienti forniscono una coppia elettromagnetica maggiore durante l'avviamento, rendendoli adatti per applicazioni che richiedono una coppia di avviamento significativa.

• Generatore a poli non salienti:

• Coppia di avviamento inferiore: I generatori a poli non salienti hanno una coppia di avviamento relativamente inferiore, ma mostrano una risposta dinamica migliore durante l'operazione ad alta velocità.

6. Applicazioni

• Generatore a poli salienti:

• Utilizzato principalmente in sistemi di generazione di energia a bassa velocità e alta capacità, come centrali idroelettriche e centrali nucleari. Le caratteristiche a bassa velocità dei generatori a poli salienti li rendono ideali per l'uso con turbine idrauliche o turbine a vapore a bassa velocità.

• Generatore a poli non salienti:

• Utilizzato principalmente in sistemi di generazione di energia ad alta velocità e media-piccola capacità, come centrali termoelettriche e centrali a turbine a gas. Le caratteristiche ad alta velocità dei generatori a poli non salienti li rendono ideali per l'uso con turbine a vapore o turbine a gas.

Riepilogo

• Generatore a poli salienti: Presenta poli magnetici distinti, spazio d'aria non uniforme e si presta per applicazioni a bassa velocità e alta capacità come generatori idroelettrici. I suoi vantaggi includono una coppia di avviamento maggiore e migliori prestazioni di raffreddamento, ma potrebbe avere un contenuto armonico maggiore nella tensione di uscita.

• Generatore a poli non salienti: Ha una superficie del rotore liscia, spazio d'aria uniforme e si presta per applicazioni ad alta velocità e media-piccola capacità come generatori a turbine a vapore. I suoi vantaggi includono una migliore qualità della forma d'onda della tensione di uscita e una più rapida ripresa in caso di cortocircuito, ma ha una coppia di avviamento inferiore.

La scelta tra un generatore a poli salienti e un generatore a poli non salienti dipende dai requisiti specifici dell'applicazione, inclusa la velocità, la capacità, le caratteristiche di avviamento e le esigenze meccaniche ed elettriche del sistema.