Moottori -generaattori - Motor–generator

Toisen maailmansodan lentokoneiden radiomodulaattoriyksikkö, jossa on dynamoottori (musta sylinteri), joka muuttaa lentokoneen 24–28 V DC: n 500 V DC: ksi lähettimeksi. Dübendorfin sotilasilmailumuseo

Moottori-generaattori (an M-G sarja ) on laite, joka muuntaa sähköenergian toiseen muotoon. Moottori-generaattorit käytetään muuntaa taajuus , jännite , tai vaihe tehon. Niitä voidaan käyttää myös sähkökuormien eristämiseen sähköverkosta. Suuria moottorigeneraattoreita käytettiin laajalti teollisten tehomäärien muuntamiseen, kun taas pienempiä moottorigeneraattoreita (kuten kuvassa näkyvä) käytettiin akun muuntamiseen korkeammiksi tasavirtajännitteiksi.

Vaikka moottori -generaattorisarja voi koostua erillisistä moottori- ja generaattorikoneista, jotka on kytketty toisiinsa, yksi yksikködynamoottori ( dynamo -moottori) sisältää moottorikäämit ja generaattorikäämit yhden roottorin ympärille; Siksi sekä moottorilla että generaattorilla on samat ulkokenttäkelat tai magneetit. Tyypillisesti moottorikäämiä käytetään akselin toisessa päässä olevasta kommutaattorista, kun taas generaattorikäämit tuottavat ulostulon toiselle kommutaattorille akselin toisessa päässä. Koko roottori- ja akselikokoonpano on pienempi, kevyempi ja halvempi kuin pari konetta, eikä se vaadi paljaita vetoakseleita.

Pienitehoiset kuluttajalaitteet, kuten tyhjiöputkiset ajoneuvovastaanottimet, eivät käyttäneet kalliita, meluisia ja suuria moottorigeneraattoreita. Sen sijaan he käyttivät invertteripiiriä, joka koostui värähtelijästä (itsestään jännittävä rele) ja muuntajasta tuottamaan korkeammat jännitteet, joita vaadittiin alipaineputkille ajoneuvon 6 tai 12 V: n akusta.

Sähkötehon käsittely

Yhteydessä sähkötehon tuotannon ja suuri kiinteä sähköjärjestelmien, moottori-generaattori koostuu sähkömoottorin mekaanisesti kytketty sähkögeneraattori (tai vaihtovirtageneraattori ). Moottori toimii sähköisellä syöttövirralla, kun taas generaattori luo sähköisen lähtövirran, jolloin teho kulkee kahden koneen välillä mekaanisena vääntömomenttina ; tämä tarjoaa sähköeristyksen ja jonkin verran puskurointia kahden sähköjärjestelmän välillä.

Yksi käyttötarkoitus on poistaa piikit ja vaihtelut "likaisesta tehosta" ( tehonsäätö ) tai tarjota vaiheiden sovitus eri sähköjärjestelmien välillä.

Vauhtipyörän generaattori

Toinen käyttötarkoitus on puskuroida sähköjärjestelmän suuria kuormia. Esimerkiksi tokamak -fuusiolaitteet aiheuttavat sähköverkolle erittäin suuria huippukuormituksia, mutta suhteellisen pieniä keskimääräisiä kuormia. DIII-D tokamakin on General Atomics , Princeton Suuri Torus (PLT) on Princeton Plasma laboratorio , ja Nimrod synkrotronisäteilyä on Rutherford Appleton Laboratory kunkin käytetyn suuri vauhtipyörät useita moottori-generaattori-lautat tason kuormitusta sähköisen järjestelmä: moottorin puoli kiihdytti hitaasti suurta vauhtipyörää energian varastoimiseksi , joka kulutettiin nopeasti fuusiokokeessa, koska generaattorin puoli toimi vauhtipyörän jarruna . Vastaavasti seuraavan sukupolven Yhdysvaltain laivaston lentotukialus Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) käyttää vauhtipyörän moottori -generaattorilaitetta syöttääkseen virtaa välittömästi lentokoneiden laukaisuihin, jotka ovat suurempia kuin aluksen asennettu generaattorikapasiteetti.

Tulokset

MG -sarja, jota käytetään vaihtelevan kolmivaiheisen vaihtojännitteen syöttämiseen elektronisuihkun hitsauskoneen suurjännitelähteelle.

Moottorigeneraattoreita voidaan käyttää erilaisiin muunnoksiin, mukaan lukien:

Vaihteleva AC -jännitelähde

Ennen kuin puolijohdevaihtosähköjännitteen säätö oli saatavilla tai kustannustehokasta, moottorin generaattorisarjoja käytettiin vaihtelevan vaihtojännitteen tuottamiseen. DC -jännitettä generaattorin ankkuriin vaihdettaisiin manuaalisesti tai sähköisesti lähtöjännitteen ohjaamiseksi. Tällä tavalla käytettynä MG -sarja vastaa eristettyä muuttuvaa muuntajaa.

Korkeataajuiset koneet

Alexanderson laturi on moottorikäyttöinen, korkean taajuuden vaihtovirtageneraattori, joka tarjoaa radiotaajuuden teho. Radioviestinnän alkuaikoina suurtaajuinen kantoaalto oli tuotettava mekaanisesti käyttämällä vaihtovirtageneraattoria, jossa oli monia napoja suurilla nopeuksilla. Alexandersonin vaihtovirtageneraattorit tuottivat jopa 600 kHz: n taajuuksia, ja suuret yksiköt kykenivät tuottamaan 500 kW: n tehon. Vaikka sähkömekaanisia muuntimia käytettiin säännöllisesti pitkän aallon lähetyksiin 1900 -luvun kolmen ensimmäisen vuosikymmenen aikana, sähköisiä tekniikoita vaadittiin korkeammilla taajuuksilla. Alexandersonin vaihtovirtalaturi korvattiin suurelta osin tyhjiöputken oskillaattorilla 1920 -luvulla.

Moottorigeneraattoreita käytettiin ajon lisäämiseen

Moottorigeneraattoreita on käytetty jopa silloin, kun tulo- ja lähtövirrat ovat olennaisesti samat. Tässä tapauksessa M -G -sarjan mekaanista hitautta käytetään suodattamaan syöttötehon transientit. Lähdön sähkövirta voi olla erittäin puhdas (äänetön), ja se pystyy ajamaan lyhyitä sähkökatkoja ja kytkentähäiriöitä M-G-sarjan tulossa. Tämä voi mahdollistaa, esimerkiksi, virheetön leikattu yli sähköverkosta verkkovirtaan aikaansaatu diesel- generaattori asettaa.

Moottori-generaattorisarja voi sisältää suuren vauhtipyörän läpikulun parantamiseksi; Tässä sovelluksessa on kuitenkin otettava huomioon, koska moottori-generaattori vaatii suuren virran uudelleen sulkeutuessaan, jos ennen vetomomentin saavuttamista, mikä johtaa sammutukseen. Kuitenkin sisäänvirtausvirta uudelleen sulkemisen aikana riippuu kuitenkin monista tekijöistä. Esimerkiksi 250 kVA: n moottorigeneraattori, joka toimii 300 ampeerilla täydellä kuormitusvirralla, vaatii 1550 ampeerin rush-virran uudelleen sulkemisen aikana 5 sekunnin kuluttua. Tässä esimerkissä käytetty kiinteä asennettu vauhtipyörä mitoitettu johtaa 1 / 2  Hz sekunnissa muutosnopeuden . Moottori-generaattori oli pystysuuntainen kaksilaakerinen kone, jossa oli öljykylpylaakereita.

Moottorit ja generaattorit voidaan kytkeä johtamattomalla akselilla tiloissa, joiden on ohjattava tarkasti sähkömagneettista säteilyä, tai joissa vaaditaan suurta eristystä ohimenevistä ylijännitteistä.

Moottorigeneraattoreiden nykyaikainen käyttö

Joihinkin tarkoituksiin moottori -generaattorisarjat on korvattu puolijohdelaitteilla . Aiemmin suosittu käyttö MG -sarjoille oli hisseissä . Koska vaadittiin nostokoneen tarkkaa nopeudenohjausta, taajuuden vaihtamisen tehottoman vaihtovirtamoottorin epäkäytännöllisyys merkitsi sitä, että MG-sarjan käyttö tasavirtamoottorilla oli lähes alan standardi. Nykyaikaiset taajuusmuuttajat ja yhteensopivat moottorit ovat syrjäyttäneet yhä enemmän perinteisiä MG-käyttöisiä hissilaitteita, koska taajuusmuuttajat ovat tyypillisesti 50% tai enemmän tehokkaampia kuin tasavirtakäyttöiset koneet.

Toinen käyttö MG -sarjoille oli British Railin eteläisellä alueella . Niitä käytettiin 600 V DC - 850 V DC -linjan syöttöjännitteen muuntamiseen kolmannesta kiskosta 70 V DC: ksi käytössä olevan EMU -varaston ohjauksen saamiseksi . Ne on sittemmin korvattu SSD -muuntimilla uudessa liikkuvassa kalustossa.

Vastaavasti MG -sarjoja käytettiin PCC -raitiovaunussa tuottamaan 36 VDC: n lähtö 600 VDC: n vetovirrasta. Pienjänniteteho lataa raitiovaunun akut ja syöttää virtaa ohjaus- ja apulaitteille (mukaan lukien ajovalot, gong -renkaat, ovimoottorit ja sähkömagneettiset kiskojarrut).

Toisaalta teollisissa olosuhteissa, joissa tarvitaan harmonista vaimennusta, taajuudenmuutosta tai linjaneristystä, MG -sarjat ovat edelleen suosittu ratkaisu. Hyödyllinen piirre moottorigeneraattoreissa on, että ne voivat käsitellä suuria lyhytaikaisia ​​ylikuormituksia paremmin kuin puolijohdelaitteet, joilla on sama keskimääräinen kuormitus. Ota huomioon, että suuren puolijohde-invertterin lämpövirtarajoitetut komponentit ovat puolijohdekytkimiä, joiden massa on muutama gramma ja joiden terminen aikavakio niiden jäähdytyselementteihin on todennäköisesti yli 100 ms, kun taas MG: n lämpövirran rajoitetut komponentit ovat kuparikäämiä massaa joskus satoja kiloja, jotka ovat luontaisesti kiinnittyneet omaan suureen lämpömassaansa. Niillä on myös luonnostaan ​​erinomainen sähköstaattisen purkauksen (ESD) kestävyys .

Termin nykyaikainen käyttö

Periaatteessa mikä tahansa sähkögeneraattori voi toimia myös sähkömoottorina tai päinvastoin. In hybridi ajoneuvot ja muut kevyet tehon järjestelmissä "moottori-generaattori" on yksittäinen sähköinen kone, jota voidaan käyttää sähkömoottori tai generaattori , muuntaa välillä sähkön ja mekaaninen voima .

Kaudesta 2014 lähtien Formula 1 -kilpa-autoissa on kaksi moottorigeneraattoriyksikköä (MGU). Tämä tekee autoista polttoainetaloudellisempia keräämällä energiaa turboahtimesta ja jarruttamalla . Nämä eivät kuitenkaan ole tässä kuvattuja moottorigeneraattoreita, vaan pikemminkin dynamoottoreita , yksittäisiä yksiköitä, jotka voivat toimia joko generaattorina tai moottorina. Niitä voidaan käyttää lisäämään 160 BHP pyörille kiihtyvyyden ja ohittamisen helpottamiseksi, tai niitä voidaan käyttää turboa pyörittämään lisäämään paineistusta nopeammin, mikä vähentää turbo -viiveitä .

Katso myös

Viitteet