Różnica między generatorami z widocznymi polami a generatorami bez widocznych pól
Różnice między generatorami z widocznymi polami magnetycznymi a generatorami bez widocznych pól magnetycznych
Generatorzy z widocznymi polami magnetycznymi i generatorzy bez widocznych pól magnetycznych to dwa popularne typy synchronicznych generatorów, które znacząco różnią się strukturą, wydajnością i zastosowaniem. Poniżej znajduje się szczegółowe porównanie obu typów:
1. Struktura wirnika
Generator z widocznymi polami magnetycznymi:
Kształt wirnika: W generatorze z widocznymi polami magnetycznymi wirnik ma wyraźne magnetyczne bieguny, które wystają z jego powierzchni, tworząc widoczne buty biegunowe. Każdy biegun zwykle składa się z rdzenia żelaznego i cewki wzbudzającej.
Liczba biegunów: Generatorzy z widocznymi polami magnetycznymi mają zwykle mniej biegunów (np. 2, 4, 6, 8), z widocznymi przerwami między biegunami (regiony międzybiegunowe).
Zastosowanie: Generatorzy z widocznymi polami magnetycznymi są głównie stosowane w niskoprędkich, wysokowymiarowych zastosowaniach, takich jak generatory hydroenergetyczne i generatory napędzane turbinami parowymi.
Generator bez widocznych pól magnetycznych:
Kształt wirnika: Wirnik generatora bez widocznych pól magnetycznych ma gładką, cylindryczną powierzchnię bez widocznych wystających biegunów. Cewki wzbudzające są osadzone w otworach w wirniku.
Liczba biegunów: Generatorzy bez widocznych pól magnetycznych mają zwykle więcej biegunów (np. 12, 16, 24), równomiernie rozmieszczone wokół wirnika, z minimalnymi regionami międzybiegunowymi.
Zastosowanie: Generatorzy bez widocznych pól magnetycznych są głównie stosowane w wysokoprędkich, średnio do małych pojemności zastosowaniach, takich jak generatory napędzane turbinami parowymi i gazowymi.
2. Rozkład luki powietrznej
Generator z widocznymi polami magnetycznymi:
Nierównomierne rozłożenie luki powietrznej: Ze względu na wystające bieguny, luka powietrzna w generatorze z widocznymi polami magnetycznymi jest mniejsza przy biegunach i większa w regionach międzybiegunowych. To nierównomierne rozłożenie luki powietrznej prowadzi do nierównomiernej dystrybucji pola magnetycznego, wpływając na jakość fali napięcia wyjściowego.
Zawartość harmonicznych: Nierównomierne rozłożenie luki powietrznej może prowadzić do wyższej zawartości harmonicznych w napięciu wyjściowym, szczególnie trzecich harmonicznych.
Generator bez widocznych pól magnetycznych:
Równomierne rozłożenie luki powietrznej: Luka powietrzna w generatorze bez widocznych pól magnetycznych jest prawie równomierne wokół całego obwodu, co powoduje bardziej sinusoidalną dystrybucję pola magnetycznego i lepszą jakość fali napięcia wyjściowego.
Zawartość harmonicznych: Równomierne rozłożenie luki powietrznej minimalizuje zawartość harmonicznych, tworząc czystszy kształt fali napięcia.
3. Charakterystyki elektromagnetyczne
Generator z widocznymi polami magnetycznymi:
Reaktancja osiowa i kwadratowa: W generatorze z widocznymi polami magnetycznymi reaktancja osiowa (Xd) i kwadratowa (Xq) różnią się. Xd jest większa, ponieważ przepływ magnetyczny przez bieguny napotyka mniejsze opory, podczas gdy Xq jest mniejsza ze względu na wyższe opory w regionach międzybiegunowych.
Współczynnik krótkiego zwarcia (SCR): Generatorzy z widocznymi polami magnetycznymi mają niższy współczynnik krótkiego zwarcia, zazwyczaj w zakresie od 1,0 do 2,0. To powoduje wyższe prądy krótkiego zwarcia, ale wolniejsze odzyskiwanie napięcia podczas uszkodzeń.
Generator bez widocznych pól magnetycznych:
Reaktancja osiowa i kwadratowa: W generatorze bez widocznych pól magnetycznych reaktancja osiowa i kwadratowa są prawie równe ze względu na równomierne rozłożenie luki powietrznej i symetryczną ścieżkę przepływu.
Współczynnik krótkiego zwarcia (SCR): Generatorzy bez widocznych pól magnetycznych mają wyższy współczynnik krótkiego zwarcia, zazwyczaj w zakresie od 2,0 do 3,0. To powoduje niższe prądy krótkiego zwarcia i szybsze odzyskiwanie napięcia podczas uszkodzeń.
4. Charakterystyki mechaniczne
Generator z widocznymi polami magnetycznymi:
Duża bezwładność wirnika: Większe bieguny w generatorze z widocznymi polami magnetycznymi przyczyniają się do większej bezwładności wirnika, co sprawia, że jest on odpowiedni dla niskoprędkich, wysokobezwładnościowych systemów, takich jak turbiny hydroenergetyczne.
Wentylacja i chłodzenie: Przerwy między biegunami ułatwiają projektowanie kanałów chłodzących, zapewniając lepszą wentylację i chłodzenie.
Generator bez widocznych pól magnetycznych:
Mała bezwładność wirnika: Kompaktowa struktura wirnika w generatorze bez widocznych pól magnetycznych powoduje mniejszą bezwładność, co sprawia, że jest on odpowiedni dla wysokoprędkich, niskobezwładnościowych systemów, takich jak turbiny parowe.
Wentylacja i chłodzenie: Gładka powierzchnia wirnika w generatorze bez widocznych pól magnetycznych sprawia, że wentylacja i chłodzenie są bardziej skomplikowane, często wymagając specjalistycznych systemów chłodzących.
5. Charakterystyki startowe
Generator z widocznymi polami magnetycznymi:
Wysoki moment startowy: Ze względu na większe bieguny, generatory z widocznymi polami magnetycznymi zapewniają wyższy moment elektromagnetyczny podczas uruchamiania, co sprawia, że są one odpowiednie dla zastosowań wymagających znacznego momentu startowego.
Generator bez widocznych pól magnetycznych:
Niski moment startowy: Generatory bez widocznych pól magnetycznych mają względnie niższy moment startowy, ale cechują się lepszą dynamiką podczas pracy na wysokich prędkościach.
6. Zastosowania
Generator z widocznymi polami magnetycznymi:
Głównie stosowany w niskoprędkich, wysokowymiarowych systemach generacji energii, takich jak elektrownie wodne i jądrowe. Niskoprędkowe cechy generatorów z widocznymi polami magnetycznymi sprawiają, że są one idealne do użytku z turbinami wodnymi lub niskoprędkimi turbinami parowymi.
Generator bez widocznych pól magnetycznych:
Głównie stosowany w wysokoprędkich, średnio do małych pojemności systemach generacji energii, takich jak elektrownie termiczne i gazowe. Wysokoprędkowe cechy generatorów bez widocznych pól magnetycznych sprawiają, że są one idealne do użytku z turbinami parowymi lub gazowymi.
Podsumowanie
Generator z widocznymi polami magnetycznymi: Posiada wyraźne magnetyczne bieguny, nierównomierne rozłożenie luki powietrznej i jest odpowiedni dla niskoprędkich, wysokowymiarowych zastosowań, takich jak generatory hydroenergetyczne. Jego zalety obejmują wyższy moment startowy i lepsze chłodzenie, ale może mieć wyższą zawartość harmonicznych w napięciu wyjściowym.
Generator bez widocznych pól magnetycznych: Ma gładką powierzchnię wirnika, równomierne rozłożenie luki powietrznej i jest odpowiedni dla wysokoprędkich, średnio do małych pojemności zastosowań, takich jak generatory napędzane turbinami parowymi. Jego zalety obejmują lepszą jakość fali napięcia wyjściowego i szybsze odzyskiwanie napięcia podczas uszkodzeń, ale ma niższy moment startowy.
Wybór między generatorem z widocznymi polami magnetycznymi a generatorem bez widocznych pól magnetycznych zależy od konkretnych wymagań zastosowania, w tym prędkości, pojemności, charakterystyk startowych oraz mechanicznych i elektrycznych potrzeb systemu.
