Поворотный преобразователь - Rotary converter

1909 Роторный преобразователь Westinghouse мощностью 500 кВт

А вращающийся преобразователь это тип электрическая машина который действует как механический выпрямитель, инвертор или же Преобразователь частоты.

Роторные преобразователи использовались для преобразования переменный ток (AC) в постоянный ток (Постоянный ток) или постоянный ток в переменный, до появления химических или твердое состояние выпрямление и инвертирование мощности. Они обычно использовались для подачи постоянного тока на коммерческую, промышленную и железнодорожную электрификацию от источника переменного тока.

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

Принцип работы

Схема подключения для упрощенного биполярное поле Кольцо Gramme один этап к постоянный ток поворотный преобразователь. (Фактически преобразователь барабанная дробь и использует многополярное поле.)[1]
Схема подключения для упрощенного двухфазный к постоянный ток роторный преобразователь, у которого вторая фаза подключена под прямым углом к ​​первой.[2]
Схема подключения для упрощенного трехфазный к постоянный ток роторный преобразователь с разделением фаз на коммутаторе на 120 градусов.[3]

Роторный преобразователь можно рассматривать как мотор-генератор, где две машины используют один вращающийся арматура и набор катушки возбуждения. Базовая конструкция роторного преобразователя состоит из генератора постоянного тока (динамо) с комплектом контактные кольца в обмотки 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 коммутатор который позволяет Постоянный ток для извлечения 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 двигатель переменного тока. Вращение катушек, находящихся под напряжением, возбуждает неподвижные обмотки возбуждения, вырабатывающие часть постоянного тока. Другая часть - это переменный ток от контактные кольца который напрямую выпрямляется в постоянный ток коммутатор. Это делает роторный преобразователь гибридным динамо-машиной и механическим выпрямителем. При таком использовании его называют синхронным вращающимся преобразователем или просто синхронный преобразователь. Контактные кольца переменного тока также позволяют машине работать как генератор 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, он упоминается как инвертированный поворотный преобразователь.

Один из способов представить себе, что происходит во вращающемся преобразователе переменного тока в постоянный, - представить себе поворотный реверсивный переключатель, который приводится в действие со скоростью, синхронной с линией питания. Такой переключатель мог исправить входной сигнал 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 энергии 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 мотор-генератор с аналогичной мощностью. К преимуществам мотор-генераторной установки можно отнести регулируемую регулирование напряжения что может компенсировать падение напряжения в сети снабжения; он также предоставил полный силовая изоляция, изоляция гармоник, повышенная защита от перенапряжения и переходных процессов, а также провисание (потемнение) защита 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 коллекторных колец, и это называется генератор.
  • если катушка вращается, постоянный ток может сниматься с коммутатора, и это называется динамо.
  • Если катушка вращается, от якоря могут поступать два отдельных тока: один обеспечивает постоянный ток, а другой - переменный. Такая машина называется генератор двойного тока.
  • Если на коммутатор будет подан постоянный ток, катушка начнет вращаться как коммутируемый электродвигатель и переменный ток может сниматься с колец коллектора. Это называется инвертированный поворотный преобразователь (видеть Инвертор ).
  • Если машину довести до синхронной скорости внешними средствами и если направление тока, проходящего через якорь, имеет правильное отношение к катушкам возбуждения, то катушка будет продолжать вращаться синхронно с переменным током как синхронный двигатель. Постоянный ток можно снять с коммутатора. При таком использовании он называется вращающийся преобразователь.

Самобалансирующаяся динамо-машина

Самобалансирующаяся 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, выведенный 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

Железнодорожный поворотный преобразователь от Железнодорожный музей Иллинойса

Роторный преобразователь был изобретен Чарльз С. Брэдли в 1888 г.[5] Типичное использование этого типа преобразователя AC / DC было для электрификация железных дорог, где электроэнергия подавалась на переменный ток, а поезда были рассчитаны на работу на постоянном токе. До изобретения ртутные дуговые выпрямители и мощный полупроводник выпрямители, это преобразование можно было выполнить только с помощью мотор-генераторы или роторные преобразователи.

Роторный преобразователь вскоре восполнил потребность в объединении всех конкурирующих электроэнергия системы доставки, которые возникли в 1880-х - 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 подстанции с вращающимся преобразователем для бытового, коммерческого и промышленного потребления. Роторные преобразователи обеспечивают мощное питание постоянного тока для промышленных предприятий. электрохимический такие процессы как гальваника. Сталелитейные заводы требовалось большое количество постоянного тока для двигателей главных валков. По аналогии, бумажная фабрика и печатные машины необходим постоянный ток для запуска и остановки двигателей в идеальной синхронизации, чтобы предотвратить разрыв листа.

Моральное устаревание

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 вращательные преобразователи переменного тока в постоянный были устаревшими ртутные дуговые выпрямители в 1930-х годах, а затем - полупроводниковыми выпрямителями в 1960-х.[8]:54 Некоторые из оригинальных Метро Нью-Йорка подстанции с синхронными поворотными преобразователями работали до 1999 г.[8]:12 По 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 позволяло не обслуживать новые подстанции, требуя лишь периодических посещений технического специалиста для осмотра и обслуживания.

В большинстве случаев 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 твердотельные выпрямители постоянного тока были использованы для питания оставшегося оборудования постоянного тока от источника переменного тока.

Смотрите также

Рекомендации

  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. ^ а б Пейн, Кристофер (2002). Забытые подстанции Нью-Йорка: сила метро. Princeton Architectural Press. ISBN  978-1568983554.