Het verschil tussen uitstekende poolgeneratoren en niet-uitstekende poolgeneratoren
Verschillen tussen uitstekende polengeneratoren en niet-uitstekende polengeneratoren
Uitstekende polengeneratoren en niet-uitstekende polengeneratoren zijn twee veelvoorkomende typen synchrone generatoren, die aanzienlijk verschillen in structuur, prestaties en toepassing. Hieronder volgt een gedetailleerde vergelijking van de twee:
1. Rotorstructuur
Uitstekende polengenerator:
Rotorvorm: Bij een uitstekende polengenerator heeft de rotor duidelijke magnetische polen die uit het oppervlak steken, waardoor zichtbare pole schoenen ontstaan. Elke pool bestaat meestal uit een ijzeren kern en een opwekkingswinding.
Aantal polen: Uitstekende polengeneratoren hebben meestal minder polen (zoals 2, 4, 6, 8), met merkbare gaten tussen de polen (interpolaire gebieden).
Toepassing: Uitstekende polengeneratoren worden voornamelijk gebruikt in lage-snelheids, hoge-capaciteitstoepassingen, zoals waterkrachtgeneratoren en stoomturbine-aangedreven generatoren.
Niet-uitstekende polengenerator:
Rotorvorm: De rotor van een niet-uitstekende polengenerator heeft een glad, cilindrisch oppervlak zonder zichtbare uitstekende polen. De opwekkingswindingen zijn ingebed in gleuven in de rotor.
Aantal polen: Niet-uitstekende polengeneratoren hebben meestal meer polen (zoals 12, 16, 24), gelijkmatig verdeeld over de rotor, met minimale interpolaire gebieden.
Toepassing: Niet-uitstekende polengeneratoren worden voornamelijk gebruikt in hoge-snelheids, middelgrote tot kleine capaciteitstoepassingen, zoals stoomturbinegeneratoren en gasturbine-aangedreven generatoren.
2. Luchtgapsverdeling
Uitstekende polengenerator:
Ongelijke luchtgap: Door de uitstekende polen is de luchtgap in een uitstekende polengenerator kleiner bij de polen en groter in de interpolaire gebieden. Deze ongelijke luchtgap leidt tot een niet-sinusvormige magnetische veldverdeling, wat de kwaliteit van de uitvoerspanningsvorm beïnvloedt.
Harmonische inhoud: De ongelijke luchtgap kan resulteren in een hogere harmonische inhoud in de uitvoerspanning, met name derde harmonischen.
Niet-uitstekende polengenerator:
Gelijke luchtgap: De luchtgap in een niet-uitstekende polengenerator is bijna gelijkmatig rond de hele omtrek, wat resulteert in een meer sinusvormige magnetische veldverdeling en betere kwaliteit van de uitvoerspanningsvorm.
Harmonische inhoud: De gelijke luchtgap minimaliseert de harmonische inhoud, waardoor een zuiverdere spanningsvorm wordt geproduceerd.
3. Elektromagnetische kenmerken
Uitstekende polengenerator:
Direct as- en kwadratuurasreactantie: In een uitstekende polengenerator verschillen de direct asreactantie (Xd) en kwadratuurasreactantie (Xq). Xd is groter omdat de magnetische flux door de polen minder weerstand ontmoet, terwijl Xq kleiner is vanwege de hogere weerstand in de interpolaire gebieden.
Kortsluitverhouding (SCR): Uitstekende polengeneratoren hebben een lagere kortsluitverhouding, meestal variërend van 1,0 tot 2,0. Dit resulteert in hogere kortsluitstromen, maar langzamere spanningsherstel tijdens storingen.
Niet-uitstekende polengenerator:
Direct as- en kwadratuurasreactantie: In een niet-uitstekende polengenerator zijn de direct asreactantie en kwadratuurasreactantie bijna gelijk vanwege de gelijke luchtgap en symmetrische fluxpaden.
Kortsluitverhouding (SCR): Niet-uitstekende polengeneratoren hebben een hogere kortsluitverhouding, meestal variërend van 2,0 tot 3,0. Dit resulteert in lagere kortsluitstromen en snellere spanningsherstel tijdens storingen.
4. Mechanische kenmerken
Uitstekende polengenerator:
Grote rotortrager: De grotere polen in een uitstekende polengenerator dragen bij aan een hogere rotortrager, waardoor deze geschikt is voor lage-snelheids, hoge-tragersystemen, zoals waterkrachtturbines.
Ventilatie en koeling: De gaten tussen de polen vergemakkelijken het ontwerp van koelkanalen, wat resulteert in betere ventilatie- en koelperformantie.
Niet-uitstekende polengenerator:
Kleine rotortrager: De compacte rotorstructuur van een niet-uitstekende polengenerator resulteert in een lagere trager, waardoor deze geschikt is voor hoge-snelheids, lage-tragersystemen, zoals stoomturbines.
Ventilatie en koeling: Het gladde rotorsoppervlak van een niet-uitstekende polengenerator maakt ventilatie en koeling complexer, vaak vereist dit gespecialiseerde koelsystemen.
5. Startkenmerken
Uitstekende polengenerator:
Hoog startkoppel: Door de grotere polen bieden uitstekende polengeneratoren hogere elektromagnetisch koppel tijdens het opstarten, waardoor ze geschikt zijn voor toepassingen die aanzienlijk startkoppel vereisen.
Niet-uitstekende polengenerator:
Lager startkoppel: Niet-uitstekende polengeneratoren hebben relatief lager startkoppel, maar tonen betere dynamische respons tijdens hoge-snelheidsoperatie.
6. Toepassingen
Uitstekende polengenerator:
Voornamelijk gebruikt in lage-snelheids, hoge-capaciteit energieopwekkingsystemen, zoals waterkrachtcentrales en kernenergiecentrales. De lage-snelheidskenmerken van uitstekende polengeneratoren maken ze ideaal voor gebruik met waterkrachtturbines of lage-snelheids stoomturbines.
Niet-uitstekende polengenerator:
Voornamelijk gebruikt in hoge-snelheids, middelgrote tot kleine capaciteit energieopwekkingsystemen, zoals thermische centrales en gasturbinecentrales. De hoge-snelheidskenmerken van niet-uitstekende polengeneratoren maken ze ideaal voor gebruik met stoomturbines of gasturbines.
Samenvatting
Uitstekende polengenerator: Kenmerkt zich door duidelijke magnetische polen, ongelijke luchtgap en is geschikt voor lage-snelheids, hoge-capaciteitstoepassingen zoals waterkrachtgeneratoren. Voordelen zijn hoger startkoppel en betere koelperformantie, maar er kan meer harmonische inhoud in de uitvoerspanning zijn.
Niet-uitstekende polengenerator: Heeft een glad rotoroppervlak, gelijke luchtgap en is geschikt voor hoge-snelheids, middelgrote tot kleine capaciteitstoepassingen zoals stoomturbinegeneratoren. Voordelen zijn betere kwaliteit van de uitvoerspanningsvorm en snellere herstel na kortsluiting, maar het heeft lager startkoppel.
De keuze tussen een uitstekende polengenerator en een niet-uitstekende polengenerator hangt af van de specifieke toepassingsvereisten, inclusief snelheid, capaciteit, startkenmerken en de mechanische en elektrische behoeften van het systeem.
