Pyörivä muunnin - Rotary converter

1909 500 kW Westinghouse -pyörivä muunnin

Pyörivä muunnin on eräänlainen sähkökoneen , joka toimii mekaanisena tasasuuntaaja , vaihtosuuntaaja tai taajuusmuuttaja .

Pyörömuuntimia käytettiin vaihtovirran (AC) muuttamiseen tasavirraksi (DC) tai DC: stä verkkovirtaksi ennen kemiallisen tai puolijohdetehon oikaisua ja invertointia. Niitä käytettiin yleisesti tasavirran tuottamiseen vaihtovirtalähteestä kaupalliseen, teolliseen ja rautateiden sähköistykseen.

Toimintaperiaatteet

Johdotus kaavamaisen yksinkertaistettu kaksisuuntaisen kenttä Gramme rengas yhden vaiheen ja tasavirraksi pyörivässä konvertterissa. (Todellisessa käytössä muunnin on rullattuna ja käyttää moninapaista kenttää .)

Johdotus kaavamaisen yksinkertaistettua kaksivaiheisen ja tasavirran pyörivä muunnin, jossa toinen vaihe on kytketty suorassa kulmassa ensimmäiseen.

Johdotus kaavamaisen yksinkertaistettua kolmen vaiheen ja tasavirta pyörivä muunnin, jossa faasit erotettiin 120 astetta kommutaattorin.

Pyörivä muunnin voidaan ajatella moottorigeneraattorina , jossa molemmilla koneilla on sama pyörivä ankkuri ja joukko kenttäkelaa . Kääntömuuntimen perusrakenne koostuu tasavirtageneraattorista (dynamo), jossa on joukko liukurenkaita, jotka on napautettu roottorin käämeihin tasaisin välein. Kun dynamo pyöritetään, sen roottorin käämien sähkövirrat vuorottelevat sen pyöriessä kiinteiden kenttäkäämien magneettikentässä. Tämä vaihtovirta tasataan kommutaattorin avulla, joka mahdollistaa tasavirran ottamisen roottorista. Tätä periaatetta hyödynnetään syöttämällä samat roottorin käämit verkkovirtaan, jolloin kone toimii synkronisena vaihtovirtamoottorina. Jännitteisten kelojen pyöriminen kiihdyttää kiinteitä kenttäkäämiä, jotka tuottavat osan tasavirrasta. Toinen osa on liukurenkaiden vaihtovirta , jonka kommutaattori tasasuoraan suoraan DC: ksi . Tämä tekee pyörivästä muuntimesta hybrididynamo- ja mekaanisen tasasuuntaajan. Kun sitä käytetään tällä tavalla, sitä kutsutaan synkroniseksi pyöriväksi muuntimeksi tai yksinkertaisesti tahdistusmuuntimeksi . AC -liukurenkaat mahdollistavat myös koneen toimimisen laturina.

Laite voidaan kääntää ja tasavirta käyttää kenttä- ja kommutaattorikäämityksissä koneen pyörimiseksi ja verkkovirran tuottamiseksi. Kun sitä käytetään DC -AC -koneena, sitä kutsutaan käänteiseksi pyöriväksi muuntimeksi .

Yksi tapa kuvitella, mitä AC-DC-pyörivässä muuntimessa tapahtuu, on kuvitella pyörivä suunnanvaihtokytkin, jota käytetään voimalinjan kanssa synkronisella nopeudella. Tällainen kytkin voisi korjata AC -tuloaaltomuodon ilman magneettisia komponentteja, paitsi niitä, jotka käyttävät kytkintä. Pyörivä muunnin on hieman monimutkaisempi kuin tämä triviaali tapaus, koska se tuottaa lähes tasavirtaa eikä sykkivää tasavirtaa, joka johtuisi vain peruutuskytkimestä, mutta analogia voi auttaa ymmärtämään, kuinka pyörivä muunnin välttää kaiken energian muuttamisen sähköisestä mekaaniseksi ja takaisin sähköiseksi.

Pyörivän muuntimen etuna erilliseen moottori-generaattorisarjaan verrattuna on se, että pyörivä muunnin välttää koko tehovirran muuttamisen mekaaniseksi energiaksi ja sitten takaisin sähköenergiaksi; osa sähköenergiasta virtaa sen sijaan suoraan tulosta ulostuloon, jolloin pyörivä muunnin voi olla paljon pienempi ja kevyempi kuin moottorin generaattorisarja, jolla on vastaava tehonkäsittelykyky. Moottori-generaattorisarjan etuja ovat säädettävä jännitesäätö, joka voi kompensoida jännitehäviön syöttöverkossa; se tarjosi myös täydellisen virraneristyksen , harmonisen erottelun, suuremman ylijännitesuojan ja ohimenevän suojan sekä sag -suojauksen (brownout) lisääntyneen vauhdin avulla.

Tässä ensimmäisessä esimerkissä yksivaiheisesta tasavirtaan tarkoitettuun pyörivään muuntimeen sitä voidaan käyttää viidellä eri tavalla:

• Jos kelaa pyöritetään, keräysrenkaista voidaan ottaa vaihtovirtoja ja sitä kutsutaan laturiksi .
• jos kelaa pyöritetään, voidaan kommutaattorista ottaa tasavirtaa ja sitä kutsutaan dynamoksi .
• Jos kelaa pyöritetään, ankkurista voidaan ottaa kaksi erillistä virtaa, joista toinen tuottaa tasavirtaa ja toinen vaihtovirtaa. Tällaista konetta kutsutaan kaksoisvirtageneraattoriksi .
• Jos kommutaattoriin kohdistetaan tasavirta, kela alkaa pyöriä kommutoituna sähkömoottorina ja vaihtovirta voidaan ottaa pois keräysrenkaista. Tätä kutsutaan käänteiseksi pyöriväksi muuntimeksi (katso invertteri ).
• Jos kone saatetaan tahdistetulle nopeudelle ulkoisilla keinoilla ja jos virran suunnalla ankkurin läpi on oikea suhde kenttäkelaihin, kela jatkaa pyörimistä synkronisesti vaihtovirran kanssa synkronimoottorina . Tasavirta voidaan ottaa kommutaattorista. Kun sitä käytetään tällä tavalla, sitä kutsutaan pyöriväksi muuntimeksi .

Itsetasapainottava dynamo

Itsetasapainottava dynamo on rakenteeltaan samanlainen kuin yksi- ja kaksivaiheinen pyörivä muunnin. Sitä käytettiin yleisesti täysin tasapainoisen kolmijohtimisen 120/240 voltin vaihtovirtalähteen luomiseen. Liukurenkaista uutettu vaihtovirta syötettiin muuntajaan, jossa oli yksi keskikierteinen käämitys. Keskikierteinen käämi muodostaa tasavirtajohtimen. Sitä oli käytettävä mekaanisella voimanlähteellä, kuten höyrykoneella, dieselmoottorilla tai sähkömoottorilla. Sitä voitaisiin pitää pyörivänä muuntimena, jota käytetään kaksoisvirtageneraattorina; vaihtovirtaa käytettiin tasapainottamaan DC -nollajohtoa.

Historia

Railroad Rotary Converter Illinoisin rautatiemuseosta

Kääntömuuntimen keksi Charles S. Bradley vuonna 1888. Tämän tyyppiselle AC/DC -muuntimelle tyypillinen käyttötarkoitus oli rautateiden sähköistys , jossa hyötysuhde toimitettiin vaihtovirralla, mutta junat suunniteltiin toimimaan tasavirralla. Ennen keksinnön elohopeatasasuuntaajat ja korkean tehon puolijohde tasasuuntaajat , tämä konversio voitaisiin suorittaa vain käyttäen moottori-generaattorit tai pyörivät muuttajat.

Pyörivät muuntimet täyttivät pian tarpeen yhdistää kaikki kilpailevat sähkönsiirtojärjestelmät , jotka syntyivät 1880 -luvulla ja 1890 -luvun alussa. Näitä olivat yksivaiheiset AC-järjestelmät, monivaiheiset AC-järjestelmät, matalajännitteinen hehkulamppu, suurjännitekaarivalaistus ja nykyiset tasavirtamoottorit tehtaissa ja katuautoissa. Useimpia koneita ja laitteita käytettiin tuolloin tasavirtalähteellä, joka toimitettiin pyörivien muuntimien sähköasemilla asuin-, liike- ja teollisuuskäyttöön. Pyörivät muuntimet tarjosivat suurvirtaista tasavirtaa teollisiin sähkökemiallisiin prosesseihin, kuten galvanointiin . Terästehtaat tarvitsivat suuria määriä paikan päällä olevaa tasavirtaa päätelamoottoreilleen. Samoin paperitehtaat ja painokoneet tarvitsivat tasavirtaa moottoriensa käynnistämiseksi ja pysäyttämiseksi täydellisessä synkronoinnissa arkin repeytymisen estämiseksi.

Vanhentuminen

Pyörivien muuntimien käytön pysäytys hidastui hitaasti, kun vanhemmat järjestelmät poistettiin käytöstä tai päivitettiin vastaamaan uudempaa AC -yleisjärjestelmää. AC -DC -synkroniset pyörivät muuntimet vanhennettiin elohopeakaarisuuntaimilla 1930 -luvulla ja myöhemmin puolijohdesuuntaajilla 1960 -luvulla. Jotkut alkuperäisistä New Yorkin metroasemista, jotka käyttivät synkronisia pyörömuuntimia, toimivat vuoteen 1999 asti. Verrattuna pyörivään muuntimeen, elohopeakaaren ja puolijohdesuuntaajat eivät tarvinneet päivittäistä huoltoa, manuaalista synkronointia rinnakkaiskäyttöä varten eikä ammattitaitoista henkilöstöä, ja ne tarjosivat puhdasta tasavirtaa tehoa. Tämä mahdollisti uusien sähköasemien miehittämättömyyden, ja ne vaativat vain määräaikaisia ​​vierailuja teknikolta tarkastusta ja huoltoa varten.

AC korvasi tasavirran useimmissa sovelluksissa ja lopulta paikallisten tasavirta -asemien tarve väheni yhdessä pyörivien muuntimien kanssa. Monet tasavirta-asiakkaat muuttivat verkkovirtaan, ja paikan päällä olevia puolijohdetason tasasuuntaajia käytettiin jäljellä olevien DC-laitteiden virran saamiseen verkkovirrasta.

Katso myös

Viitteet