Contents
مدار معادل ژنراتور سنکرون با روتور قطب برجسته + فرمول‌ها
مدار معادل ژنراتور سنکرون با روتور قطب برجسته، به طور کلی شامل اجزای مختلفی است که عملکرد ژنراتور را تحت شرایط مختلف تحلیل میکند. در این نوع ژنراتورها، روتور به صورت قطب برجسته طراحی شده است که باعث تفاوت‌‌هایی در راکتانس‌‌های مختلف ماشین نسبت به مدل‌‌های دیگر میشود. مدار معادل شامل ولتاژهای تحریک و ولتاژ عکس العمل آرمیچر است که از طریق شارهای مختلف ایجاد میشوند: شار تحریک که در روتور ایجاد می‌‌گردد و شار عکس العمل آرمیچر که به دلیل جریان آرمیچر در استاتور به وجود می‌‌آید. این شارها در نهایت باعث القای ولتاژ هایی به نام‌‌های ولتاژ تحریک و ولتاژ عکس‌العمل آرمیچر در استاتور میشوند.
ژنراتور قطب برجسته در دو محور مختلف(محور مستقیم و عمودی) راکتانس متفاوتی دارد. این دو راکتانس با نمادهای محور d و محور q مشخص میشوند. علاوه بر این، برای مدل سازی دقیق‌تر، راکتانس‌‌های دیگری برای شار نشتی و عکس‌العمل آرمیچر در مدار معادل در نظر گرفته میشوند.
ساختار روتور قطب برجسته در ژنراتور سنکرون
روتور قطب برجسته در ژنراتور سنکرون، به طور معمول به عنوان یکی از انواع روتورهای مورد استفاده در ژنراتورهای سنکرون با قدرت بالا شناخته میشود. این ساختار به دلیل طراحی خاص خود که شامل قطب های برجسته‌ای است که به طور مستقیم به شفت روتور متصل هستند، باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی ثابت و پایدار میشود. در این طراحی، استفاده از سیم پیچ‌ها و قطب‌‌های برجسته به طور ویژه‌‌ای در کاهش تلفات و افزایش کارایی سیستم کمک میکند. روتور قطب برجسته به طور معمول در ژنراتورهای سنکرون با بارهای بالاتر و سرعتهای پایینتر کاربرد دارد. چرا که این طراحی از توانایی ایجاد میدان‌های مغناطیسی قدرتمند در سرعتهای کم برخوردار می‌باشد. از مزایای این نوع روتور میتوان به کاهش نیاز به استفاده از آهن و در نتیجه افزایش کارایی و کاهش هزینه‌‌ها اشاره کرد.
نقش محورهای d و q در تحلیل مدار معادل ژنراتور قطب برجسته
در تحلیل مدار معادل ژنراتور سنکرون با روتور قطب برجسته، محورهای d(مستقیم) و q(عرضی) به عنوان دو محور اصلی در مدل سازی و تحلیل رفتاری ژنراتور مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. محور d به طور معمول به عنوان محور جریان مغناطیسی مستقیم در نظر گرفته میشود. به همین دلیل به طور عمده نقش تولید میدان مغناطیسی را ایفا میکند. محور q از سوی دیگر، به عنوان محور عرضی و عمود بر محور d در نظر گرفته میشود. علاوه بر این، در تحلیل‌‌های دینامیکی و القای میدان مغناطیسی در جهت‌‌های عرضی نقش کلیدی و مهمی دارد. این دو محور در تحلیل عملکرد و پایداری ژنراتور سنکرون بسیار مهم هستند. با استفاده از آنها میتوان اثرات بارگذاری، تغییرات سرعت و شرایط عملکردی مختلف را مدل سازی کرد. بنابراین، محورهای d و q در تحلیل و طراحی مدار معادل، علاوه بر کاهش پیچیدگی‌های ریاضی، باعث دقت بالا جهت شبیه سازی عملکرد سیستم‌‌های ژنراتوری با روتور قطب برجسته میشوند.
تفاوت ژنراتورهای قطب برجسته و روتور استوانهای
ژنراتورهای قطب برجسته و روتور استوانهای دو نوع مختلف از ژنراتورهای سنکرون هستند که هر کدام از ویژگی‌های خاصی برخوردار هستند و در شرایط مختلف عملکرد بهینه‌‌ای ارائه می‌دهند. ژنراتورهای قطب برجسته که بیشتر در کاربردهای کم سرعت و نیروگاههای کوچک یا متوسط کاربرد دارند، به دلیل داشتن قطب‌‌های برجسته از روتور بیرون زده‌‌اند، میدان مغناطیسی را به شکل مشخص‌تری تولید میکنند. این نوع روتورها در فرکانس‌‌های پایینتر و سرعتهای چرخشی کمتری کاربرد خواهند داشت. بنابراین، به طور معمول در ژنراتورهایی با قدرت پایین و متوسط استفاده میشوند. از مزایای این ژنراتورها میتوان به طراحی ساده و هزینه پایینتر اشاره کرد. با این حال، یکی از مشکلات این نوع روتور این است که در عملکردهایی با فرکانس بالا به دلیل اثرات مغناطیسی و نیروی گریز از مرکز، مشکلاتی مانند ارتعاشات زیاد و دقت کم در تولید ولتاژ ایجاد میشوند.
در مقابل، ژنراتورهای با روتور استوانهای برای کاربردهای با قدرت بالا و سرعتهای بیشتر طراحی شده‌‌اند. این ژنراتورها دارای روتورهایی هستند که طراحی آنها به صورت استوانهای و صاف صورت گرفته است. این امر باعث میشود میدان مغناطیسی یکنواخت‌تر و عملکرد بهتری در فرکانس‌‌های بالا و سرعتهای چرخشی وجود داشته باشد. از این نوع روتور بیشتر در نیروگاههای بزرگ و برای تولید برق با توان‌‌های بالا استفاده میکنند. برخلاف روتورهای قطب برجسته، روتور استوانهای می‌تواند جریان‌های مغناطیسی یکنواخت‌‌تری ایجاد کند و در نتیجه عملکرد بهتری در تولید ولتاژ و توان الکتریکی دارد. هزینه‌‌های تولید و نگهداری این ژنراتورها به طور معمول بیشتر است.