突出極発電機と非突出極発電機の違い

凸极发电机与非凸极发电机的区别

凸极发电机和非凸极发电机是两种常见的同步发电机，它们在结构、性能和应用方面存在显著差异。以下是两者的详细比较：

1. 转子结构

• 凸极发电机：

• 转子形状：凸极发电机的转子表面有明显的磁极突出，形成可见的极靴。每个极通常由铁芯和励磁绕组组成。

• 极数：凸极发电机通常具有较少的极数（如2、4、6、8），并且极之间有明显的间隙（极间区域）。

• 应用：凸极发电机主要用于低速、大容量的应用，如水力发电机和蒸汽轮机驱动的发电机。

• 非凸极发电机：

• 转子形状：非凸极发电机的转子表面光滑，呈圆柱形，没有明显的突出磁极。励磁绕组嵌入在转子内的槽中。

• 极数：非凸极发电机通常具有更多的极数（如12、16、24），均匀分布在转子上，极间区域很小。

• 应用：非凸极发电机主要用于高速、中到小容量的应用，如蒸汽轮机发电机和燃气轮机驱动的发电机。

2. 气隙分布

• 凸极发电机：

• 非均匀气隙：由于磁极突出，凸极发电机的气隙在极处较小，在极间区域较大。这种非均匀气隙导致磁场分布不呈正弦波，影响输出电压波形的质量。

• 谐波含量：非均匀气隙会导致输出电压中的谐波含量较高，特别是三次谐波。

• 非凸极发电机：

• 均匀气隙：非凸极发电机的气隙在整个圆周上几乎是均匀的，从而产生更接近正弦波的磁场分布和更好的输出电压波形质量。

• 谐波含量：均匀气隙使谐波含量最小化，产生更干净的电压波形。

3. 电磁特性

• 凸极发电机：

• 直轴电抗和交轴电抗：在凸极发电机中，直轴电抗 (Xd) 和交轴电抗 (Xq) 不同。Xd 较大，因为通过磁极的磁通遇到的磁阻较小，而 Xq 较小，因为在极间区域的磁阻较大。

• 短路比 (SCR)：凸极发电机的短路比较低，通常在1.0到2.0之间。这导致短路电流较高，但故障时电压恢复较慢。

• 非凸极发电机：

• 直轴电抗和交轴电抗：在非凸极发电机中，由于气隙均匀且磁通路径对称，直轴电抗和交轴电抗几乎相等。

• 短路比 (SCR)：非凸极发电机的短路比较高，通常在2.0到3.0之间。这导致短路电流较低，并且故障时电压恢复较快。

4. 机械特性

• 凸极发电机：

• 较大的转子惯性：凸极发电机的大磁极使其具有较高的转子惯性，适用于低速、高惯性系统，如水力涡轮机。

• 通风和冷却：磁极之间的间隙便于设计冷却管道，提供更好的通风和冷却性能。

• 非凸极发电机：

• 较小的转子惯性：非凸极发电机的紧凑转子结构使其具有较低的惯性，适用于高速、低惯性系统，如蒸汽轮机。

• 通风和冷却：非凸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。

5. 启动特性

• 凸极发电机：

• 高启动转矩：由于磁极大，凸极发电机在启动时提供较高的电磁转矩，适用于需要较大启动转矩的应用。

• 非凸极发电机：

• 较低的启动转矩：非凸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。

6. 应用

• 凸极发电机：

• 主要用于低速、大容量的发电系统，如水电站和核电站。凸极发电机的低速特性使其适合用于水轮机或低速蒸汽轮机。

• 非凸极发电机：

• 主要用于高速、中到小容量的发电系统，如热电站和燃气轮机电站。非凸极发电机的高速特性使其适合用于蒸汽轮机或燃气轮机。

总结

• 凸极发电机：具有明显的磁极，非均匀气隙，适用于低速、大容量的应用，如水力发电机。其优点包括较高的启动转矩和更好的冷却性能，但输出电压中的谐波含量可能较多。

• 非凸极发电机：具有光滑的转子表面，均匀气隙，适用于高速、中到小容量的应用，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非凸极发电机取决于具体的应用需求，包括速度、容量、启动特性以及系统的机械和电气要求。