A diferença entre geradores de pólos salientes e geradores de pólos não salientes

Diferenças Entre Geradores de Pólos Salientes e Geradores de Pólos Não Salientes

Geradores de pólos salientes e geradores de pólos não salientes são dois tipos comuns de geradores síncronos, diferindo significativamente em estrutura, desempenho e aplicação. Abaixo está uma comparação detalhada dos dois:

1. Estrutura do Rotor

• Gerador de Pólos Salientes:

• Forma do Rotor: No gerador de pólos salientes, o rotor possui pólos magnéticos distintos que se projetam da sua superfície, formando sapatas de pólo visíveis. Cada pólo geralmente consiste em um núcleo de ferro e uma bobina de excitação.

• Número de Pólos: Geradores de pólos salientes geralmente têm menos pólos (como 2, 4, 6, 8), com espaços notáveis entre os pólos (regiões interpolares).

• Aplicação: Geradores de pólos salientes são principalmente usados em aplicações de baixa velocidade e alta capacidade, como geradores hidrelétricos e geradores acionados por turbinas a vapor.

• Gerador de Pólos Não Salientes:

• Forma do Rotor: O rotor de um gerador de pólos não salientes tem uma superfície cilíndrica lisa, sem quaisquer pólos proeminentes visíveis. As bobinas de excitação estão embutidas em ranhuras dentro do rotor.

• Número de Pólos: Geradores de pólos não salientes geralmente têm mais pólos (como 12, 16, 24), distribuídos uniformemente ao redor do rotor, com regiões interpolares mínimas.

• Aplicação: Geradores de pólos não salientes são principalmente usados em aplicações de alta velocidade e capacidade média a pequena, como geradores acionados por turbinas a vapor e geradores acionados por turbinas a gás.

2. Distribuição da Lacuna Aérea

• Gerador de Pólos Salientes:

• Lacuna Aérea Não Uniforme: Devido aos pólos proeminentes, a lacuna aérea em um gerador de pólos salientes é menor nos pólos e maior nas regiões interpolares. Esta lacuna aérea não uniforme resulta em uma distribuição de campo magnético não sinusoidal, afetando a qualidade da onda de tensão de saída.

• Conteúdo Harmônico: A lacuna aérea não uniforme pode resultar em um conteúdo harmônico mais alto na tensão de saída, particularmente harmônicos de terceira ordem.

• Gerador de Pólos Não Salientes:

• Lacuna Aérea Uniforme: A lacuna aérea em um gerador de pólos não salientes é quase uniforme ao redor de toda a circunferência, resultando em uma distribuição de campo magnético mais sinusoidal e melhor qualidade da onda de tensão de saída.

• Conteúdo Harmônico: A lacuna aérea uniforme minimiza o conteúdo harmônico, produzindo uma onda de tensão mais limpa.

3. Características Eletromagnéticas

• Gerador de Pólos Salientes:

• Reatância no Eixo Direto e Reatância no Eixo Quadrado: Em um gerador de pólos salientes, a reatância no eixo direto (Xd) e a reatância no eixo quadrado (Xq) diferem. Xd é maior porque o fluxo magnético através dos pólos encontra menos relutância, enquanto Xq é menor devido à maior relutância nas regiões interpolares.

• Razão de Curto-Circuito (SCR): Geradores de pólos salientes têm uma razão de curto-circuito menor, tipicamente variando de 1,0 a 2,0. Isso resulta em correntes de curto-circuito maiores, mas recuperação de tensão mais lenta durante falhas.

• Gerador de Pólos Não Salientes:

• Reatância no Eixo Direto e Reatância no Eixo Quadrado: Em um gerador de pólos não salientes, a reatância no eixo direto e a reatância no eixo quadrado são quase iguais devido à lacuna aérea uniforme e ao caminho de fluxo simétrico.

• Razão de Curto-Circuito (SCR): Geradores de pólos não salientes têm uma razão de curto-circuito maior, tipicamente variando de 2,0 a 3,0. Isso resulta em correntes de curto-circuito menores e recuperação de tensão mais rápida durante falhas.

4. Características Mecânicas

• Gerador de Pólos Salientes:

• Grande Inércia do Rotor: Os pólos maiores em um gerador de pólos salientes contribuem para uma inércia do rotor maior, tornando-o adequado para sistemas de baixa velocidade e alta inércia, como turbinas hidráulicas.

• Ventilação e Resfriamento: As lacunas entre os pólos facilitam o projeto de dutos de resfriamento, proporcionando melhor ventilação e desempenho de resfriamento.

• Gerador de Pólos Não Salientes:

• Pequena Inércia do Rotor: A estrutura compacta do rotor de um gerador de pólos não salientes resulta em menor inércia, tornando-o adequado para sistemas de alta velocidade e baixa inércia, como turbinas a vapor.

• Ventilação e Resfriamento: A superfície lisa do rotor de um gerador de pólos não salientes torna a ventilação e o resfriamento mais complexos, frequentemente exigindo sistemas de resfriamento especializados.

5. Características de Partida

• Gerador de Pólos Salientes:

• Torque de Partida Alto: Devido aos pólos maiores, os geradores de pólos salientes fornecem torque eletromagnético mais alto durante a partida, tornando-os adequados para aplicações que requerem torque de partida significativo.

• Gerador de Pólos Não Salientes:

• Torque de Partida Menor: Geradores de pólos não salientes têm torque de partida relativamente menor, mas exibem melhor resposta dinâmica durante a operação de alta velocidade.

6. Aplicações

• Gerador de Pólos Salientes:

• Principalmente usado em sistemas de geração de energia de baixa velocidade e alta capacidade, como usinas hidrelétricas e usinas nucleares. As características de baixa velocidade dos geradores de pólos salientes os tornam ideais para uso com turbinas hidráulicas ou turbinas a vapor de baixa velocidade.

• Gerador de Pólos Não Salientes:

• Principalmente usado em sistemas de geração de energia de alta velocidade e capacidade média a pequena, como usinas termelétricas e usinas a gás. As características de alta velocidade dos geradores de pólos não salientes os tornam ideais para uso com turbinas a vapor ou turbinas a gás.

Resumo

• Gerador de Pólos Salientes: Possui pólos magnéticos distintos, lacuna aérea não uniforme e é adequado para aplicações de baixa velocidade e alta capacidade, como geradores hidrelétricos. Suas vantagens incluem torque de partida mais alto e melhor desempenho de resfriamento, mas pode ter mais conteúdo harmônico na tensão de saída.

• Gerador de Pólos Não Salientes: Tem uma superfície do rotor lisa, lacuna aérea uniforme e é adequado para aplicações de alta velocidade e capacidade média a pequena, como geradores acionados por turbinas a vapor. Suas vantagens incluem melhor qualidade da onda de tensão de saída e recuperação mais rápida de curto-circuito, mas tem torque de partida menor.

A escolha entre um gerador de pólos salientes e um gerador de pólos não salientes depende dos requisitos específicos da aplicação, incluindo velocidade, capacidade, características de partida e as necessidades mecânicas e elétricas do sistema.