Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
1909 Роторный преобразователь Westinghouse мощностью 500 кВт

Роторный преобразователь представляет собой тип электрической машины , который действует в качестве механического выпрямителя , инвертора или преобразователя частоты .

Ротационные преобразователи использовались для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC) или постоянного тока в переменный ток до появления химических или твердотельных преобразователей энергии и инвертирования. Они обычно использовались для подачи постоянного тока в коммерческую, промышленную и железнодорожную электрификацию от источника переменного тока.

Роторные преобразователи все еще используются в качестве преобразователей частоты. [ необходима цитата ]

Принципы работы [ править ]

Подключение схемы для упрощенного биполярного поля Грамм кольца однофазного с постоянным током вращающегося конвертером. (На практике преобразователь имеет барабанную обмотку и использует многополюсное поле .) [1]
Схема подключения упрощенного двухфазного вращающегося преобразователя в постоянный ток , при этом вторая фаза подключена под прямым углом к ​​первой. [2]
Схема подключения упрощенного вращающегося преобразователя трехфазного тока в постоянный , с разделением фаз на коммутаторе под углом 120 градусов. [3]

Роторный преобразователь можно рассматривать как двигатель-генератор , в котором две машины используют один вращающийся якорь и набор катушек возбуждения . Основная конструкция вращающегося преобразователя состоит из генератора постоянного тока (динамо-машины) с набором контактных колец, вставленных в обмотки его ротора через равные промежутки времени. Когда динамо-машина вращается, электрические токи в обмотках его ротора чередуются, поскольку он вращается в магнитном поле обмоток стационарного поля. Этот переменный ток выпрямляется с помощью коммутатора, который пропускает постоянный ток.извлекается из ротора. Преимущество этого принципа достигается за счет подачи питания переменного тока на одни и те же обмотки ротора, что заставляет машину работать как синхронный электродвигатель переменного тока. Вращение катушек под напряжением возбуждает неподвижные обмотки возбуждения, вырабатывающие часть постоянного тока. Другая часть - это переменный ток от контактных колец, который напрямую преобразуется в постоянный ток коммутатором . Это делает роторный преобразователь гибридным динамо-машиной и механическим выпрямителем. При таком использовании его называют синхронным вращающимся преобразователем или просто синхронным преобразователем . Контактные кольца переменного тока также позволяют машине работать в качестве генератора переменного тока.

Устройство можно перевернуть и подать постоянный ток на обмотки возбуждения и коммутатора для вращения машины и выработки переменного тока. Когда он работает как машина постоянного тока в переменный, его называют инвертированным вращающимся преобразователем .

Один из способов представить себе, что происходит во вращающемся преобразователе переменного тока в постоянный, - это представить себе поворотный реверсивный переключатель, который приводится в действие со скоростью, синхронной с линией электропередачи. Такой переключатель может исправлять форму входного переменного тока без каких-либо магнитных компонентов, за исключением тех, кто управляет переключателем. Поворотный преобразователь несколько сложнее, чем этот тривиальный случай, потому что он выдает постоянный ток, близкий к постоянному, а не пульсирующий постоянный ток, который может возникнуть только от реверсивного переключателя, но аналогия может быть полезна для понимания того, как вращающийся преобразователь избегает преобразования всей энергии из от электрического к механическому и обратно к электрическому.

Преимущество роторного преобразователя по сравнению с дискретной мотор-генераторной установкой состоит в том, что роторный преобразователь избегает преобразования всего потока мощности в механическую энергию, а затем обратно в электрическую энергию; вместо этого часть электроэнергии течет непосредственно от входа к выходу, что позволяет роторному преобразователю быть намного меньше и легче, чем двигатель-генератор с эквивалентной мощностью управления. К преимуществам мотор-генераторной установки можно отнести регулируемое регулирование напряжения, которое может компенсировать падение напряжения в питающей сети; он также обеспечивал полную изоляцию питания, изоляцию гармоник, повышенную защиту от перенапряжения и переходных процессов, а также защиту от падения напряжения за счет увеличения импульса.

На этой первой иллюстрации однофазного вращающегося преобразователя в постоянный ток его можно использовать пятью различными способами: [4]

  • Если катушка вращается, переменные токи могут сниматься с колец коллектора, и это называется генератором переменного тока .
  • если катушка вращается, от коммутатора может поступать постоянный ток, и это называется динамо-машиной .
  • Если катушка вращается, от якоря могут поступать два отдельных тока: один обеспечивает постоянный ток, а другой - переменный. Такая машина называется генератором двойного тока .
  • Если на коммутатор будет подан постоянный ток, катушка начнет вращаться как коммутируемый электродвигатель, и переменный ток может выводиться из колец коллектора. Это называется инвертированным вращающимся преобразователем (см. Инвертор ).
  • Если машину довести до синхронной скорости внешними средствами и если направление тока через якорь правильно соотносится с обмотками возбуждения, то обмотка будет продолжать вращаться синхронно с переменным током как синхронный двигатель . Постоянный ток можно снимать с коммутатора. При таком использовании он называется роторным преобразователем .

Самобалансирующаяся динамо [ править ]

Самобалансирующийся динамо-машина имеет конструкцию, аналогичную конструкции одно- и двухфазного вращающегося преобразователя. Он обычно использовался для создания полностью сбалансированного трехпроводного источника питания постоянного тока на 120/240 вольт. Переменный ток, извлеченный из контактных колец, подавался в трансформатор с одной обмоткой с центральным отводом. Обмотка с центральным отводом образует нейтральный провод постоянного тока. Он должен был приводиться в движение механическим источником энергии, таким как паровой двигатель, дизельный двигатель или электродвигатель. Его можно рассматривать как вращающийся преобразователь, используемый как генератор двойного тока; переменный ток использовался для балансировки нейтрального провода постоянного тока.

История [ править ]

Роторный преобразователь железной дороги из Железнодорожного музея Иллинойса

Вращающийся преобразователь был изобретен Чарльзом С. Брэдли в 1888 году. [5] Типичным использованием этого типа преобразователя переменного тока в постоянный был для электрификации железных дорог , где электроэнергия подавалась как переменный ток, но поезда были разработаны для работы на постоянном токе. . До изобретения ртутных дуговых выпрямителей и мощных полупроводниковых выпрямителей это преобразование можно было осуществить только с помощью двигателей-генераторов или вращающихся преобразователей.

Вращающиеся преобразователи вскоре заполнила необходимость объединить все конкурирующие электроэнергии систем доставки , которые неожиданно возникли в 1880 - х и начале 1890 - х годов. К ним относятся однофазные системы переменного тока, многофазные системы переменного тока, низковольтные лампы накаливания, высоковольтные дуговые лампы и существующие двигатели постоянного тока на заводах и в уличных вагонах. [6] [7] Большинство машин и оборудования в то время работали от источника постоянного тока, который обеспечивали вращающиеся преобразовательные подстанции для бытового, коммерческого и промышленного потребления. Роторные преобразователи обеспечивали сильноточный постоянный ток для промышленных электрохимических процессов, таких как гальваника . Сталелитейные заводытребовалось большое количество постоянного тока для двигателей главных валков. Точно так же бумажные фабрики и печатные машины нуждались в постоянном токе для запуска и остановки своих двигателей в идеальной синхронизации, чтобы предотвратить разрыв листа.

Устаревание [ править ]

Пробел, связанный с необходимостью использования роторных преобразователей, постепенно преодолевался, поскольку старые системы были выведены из эксплуатации или модернизированы для соответствия более новой универсальной системе переменного тока. Синхронные роторные преобразователи переменного тока в постоянный были вытеснены ртутными дуговыми выпрямителями в 1930-х годах, а затем - полупроводниковыми выпрямителями в 1960-х годах. [8] : 54 Некоторые из первоначальных подстанций Нью-Йоркского метрополитена, в которых использовались синхронные вращающиеся преобразователи, работали до 1999 года. [8] : 12По сравнению с роторным преобразователем, ртутные дуговые и полупроводниковые выпрямители не нуждались в ежедневном обслуживании, ручной синхронизации для параллельной работы или в квалифицированном персонале, и они обеспечивали чистое питание постоянного тока. Это позволило не обслуживать новые подстанции, требуя лишь периодических посещений технического специалиста для осмотра и обслуживания.

В большинстве приложений переменный ток заменил постоянный ток, и в конечном итоге потребность в местных подстанциях постоянного тока уменьшилась вместе с потребностью во вращающихся преобразователях. Многие потребители постоянного тока перешли на питание переменного тока, и для питания оставшегося оборудования постоянного тока от источника переменного тока использовались твердотельные выпрямители постоянного тока.

См. Также [ править ]

  • Каскадный преобразователь
  • Преобразователь частоты
  • Мотор-генератор
  • Роторный конвертерный завод
  • Поворотный фазовый преобразователь
  • Трехфазная электрическая мощность
  • Установка преобразователей тягового тока

Ссылки [ править ]

  1. ^ Руководство Хокинса по электричеству, 2-е изд. 1917, стр. 1459, рис. 2034 г.
  2. ^ Руководство Хокинса по электричеству, 2-е изд. 1917, стр. 1460, рис. 2035 г.
  3. ^ Руководство Хокинса по электричеству, 2-е изд. 1917, стр. 1461, рис. 2036 г.
  4. ^ Руководство Хокинса по электричеству, 2-е изд. 1917, стр. 1461
  5. ^ Хьюз, Томас Парк. Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880–1930. Балтимор, Мэриленд: Johns Hopkins University Press - 1993, pp = 120–121
  6. ^ Гаруд, Рагху; Кумарасвами, Арун; Ланглуа, Ричард (2009). Управление в эпоху модульности: архитектуры, сети и организации. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. п. 249
  7. ^ Хьюз, Томас Парк. Сети власти: электрификация в западном обществе, 1880–1930. Балтимор, Мэриленд: Johns Hopkins University Press - 1993, pp = 120–121
  8. ^ a b Пейн, Кристофер (2002). Забытые подстанции Нью-Йорка: сила метро . Princeton Architectural Press. ISBN 978-1568983554.
  • Слихтер, Висконсин (1917). «Преобразователи синхронные или поворотные» . В Пендере, Гарольд (ред.). Справочник для инженеров-электриков . Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. С. 279–291.
  • Гринберг, Бернард С. (1999). «Технология вращающегося преобразователя энергии: переменный, постоянный ток и энергия метро». nycsubway.org.