ما هي أسباب زيادة الخسائر في المولدات المتزامنة مقارنة بالمحركات الحثية؟
على الرغم من أن المولدات المتزامنة (Synchronous Generators) والمحركات الحثية (Induction Motors) تعمل على أساس مبدأ الاستقراء الكهرومغناطيسي، إلا أنها تختلف في البنية ومبدأ العمل. هذه الاختلافات تؤدي إلى أن يكون للمولدات المتزامنة عادةً خسائر أعلى مقارنة بالمحركات الحثية. فيما يلي تحليل مفصل للأسباب:
1. خسائر نظام التحريض
المولد المتزامن: تتطلب المولدات المتزامنة نظام تحريض مستقلاً لإنتاج مجال مغناطيسي للروتر. هذا النظام يشمل عادةً متحريضاً، ومصوغاً، ودوائر التحكم المرتبطة بها، والتي تستهلك الطاقة وتؤدي إلى خسائر إضافية.
المحرك الحثي: تنتج المحركات الحثية مجال مغناطيسي للروتر عن طريق الاستقراء من مجال الاستاتور، مما يلغي الحاجة لنظام تحريض مستقل وبالتالي يقلل من هذا النوع من الخسائر.
2. خسائر القلب
المولد المتزامن: خسائر القلب (بما في ذلك خسائر التأخر والحالية الدوامية) في المولدات المتزامنة تكون عادةً أعلى. وهذا لأن المولدات المتزامنة لديها حقول مغناطيسية أقوى ويجب أن يتحمل مواد القلب للروتر والاستاتور كثافة مغناطيسية أعلى.
المحرك الحثي: خسائر القلب في المحركات الحثية تكون أقل نسبياً بسبب حقول مغناطيسية أضعف وكثافة مغناطيسية أقل.
3. خسائر النحاس
المولد المتزامن: لفائف الاستاتور والروتر في المولدات المتزامنة تكون عادةً أطول ولها عدد دورات أكبر، مما يؤدي إلى مقاومة أعلى وبالتالي خسائر نحاس أعلى.
المحرك الحثي: لفائف المحركات الحثية تكون عادةً أكثر كثافة ومع مقاومة أقل، مما يؤدي إلى خسائر نحاس أقل.
4. خسائر الهواء
المولد المتزامن: المولدات المتزامنة، خاصة تلك المستخدمة لتوليد الطاقة على نطاق واسع، لديها روترات أكبر. خسائر الهواء (وتسمى أيضاً الخسائر الميكانيكية) التي تنتج أثناء الدوران تكون أعلى.
المحرك الحثي: المحركات الحثية لديها روترات أصغر، مما يؤدي إلى خسائر هواء أقل.
5. خسائر الدعم
المولد المتزامن: الأحمال على الدعم في المولدات المتزامنة تكون أعلى، خاصة في المولدات الكبيرة، مما يؤدي إلى خسائر احتكاك أعلى.
المحرك الحثي: الأحمال على الدعم في المحركات الحثية تكون أقل نسبياً، مما يؤدي إلى خسائر احتكاك أقل.
6. خسائر نظام التبريد
المولد المتزامن: المولدات المتزامنة على نطاق واسع تتطلب أنظمة تبريد فعالة للحفاظ على درجات حرارة التشغيل الآمنة. هذه الأنظمة نفسها تستهلك طاقة، مما يضيف إلى الخسائر الإجمالية.
المحرك الحثي: المحركات الحثية لديها أنظمة تبريد أبسط، مما يؤدي إلى خسائر أقل.
7. خسائر نظام السرعة والتحكم
المولد المتزامن: يتم استخدام المولدات المتزامنة عادةً في أنظمة توليد الطاقة وتتطلب أنظمة سرعة وتحكم معقدة للحفاظ على تردد وإخراج جهد ثابت. هذه الأنظمة تستهلك طاقة.
المحرك الحثي: يتم استخدام المحركات الحثية عادةً لتشغيل الأحمال الميكانيكية ولديها أنظمة سرعة وتحكم أبسط، مما يؤدي إلى خسائر أقل.
ملخص
تكون الخسائر في المولدات المتزامنة عادةً أكبر من تلك في المحركات الحثية لأسباب التالية:
خسائر نظام التحريض: تتطلب المولدات المتزامنة أنظمة تحريض مستقلة، مما يزيد استهلاك الطاقة.
خسائر القلب: المولدات المتزامنة لديها قوة حقول مغناطيسية أعلى وكثافة مغناطيسية أعلى، مما يؤدي إلى خسائر قلب أعلى.
خسائر النحاس: لفائف المولدات المتزامنة لها مقاومة أعلى، مما يؤدي إلى خسائر نحاس أعلى.
خسائر الهواء: المولدات المتزامنة لديها روترات أكبر، مما يؤدي إلى خسائر هواء أعلى.
خسائر الدعم: المولدات المتزامنة لديها أحمال دعم أعلى، مما يؤدي إلى خسائر احتكاك أعلى.
خسائر نظام التبريد: المولدات المتزامنة تتطلب أنظمة تبريد فعالة، والتي تستهلك طاقة إضافية.
خسائر نظام السرعة والتحكم: المولدات المتزامنة تحتاج إلى أنظمة سرعة وتحكم معقدة، والتي تستهلك طاقة.
