Мотор-генератор - Motor–generator

Блок радиомодулятора самолета времен Второй мировой войны, показывающий динамотор (черный цилиндр), который преобразует 24–28 В постоянного тока самолета в 500 В постоянного тока для передатчика. Дюбендорф Музей военной авиации

А мотор-генератор (ан M – G набор) - устройство для преобразования электричество в другую форму. Мотор-генераторные установки используются для преобразования частота, Напряжение, или же фаза власти. Их также можно использовать для изоляции электрических нагрузок от линии электропитания. Большие моторы-генераторы широко использовались для преобразования промышленных объемов энергии, в то время как меньшие мотор-генераторы (такие, как показанный на рисунке) использовались для преобразования аккумулятор мощность до более высоких напряжений постоянного тока.

Хотя мотор-генераторная установка может состоять из отдельных двигателей и генераторных машин, соединенных вместе, единый блок динамотор (за динамо –Мотор) имеет катушки двигателя и генератора, намотанные на один ротор; Поэтому и двигатель, и генератор используют одни и те же катушки внешнего поля или магниты.^[1] Обычно катушки двигателя приводятся в действие от коммутатора на одном конце вала, в то время как катушки генератора обеспечивают выход на другой коммутатор на другом конце вала. Весь узел ротора и вала меньше, легче и дешевле, чем пара машин, и не требует открытых приводных валов.

Маломощные потребительские устройства, такие как вакуумная труба В автомобильных радиоприемниках не использовались дорогие, шумные и громоздкие мотор-генераторы. Вместо этого они использовали инвертор схема, состоящая из вибратор (самовозбуждающее реле) и трансформатор для производства более высоких напряжений, необходимых для электронных ламп, от автомобильной аккумуляторной батареи на 6 или 12 В.^[2]

Электроэнергетика

В контексте электроэнергия генерации и крупных стационарных электроэнергетических систем, мотор-генератор состоит из электрический двигатель механически соединен с электрический генератор (или же генератор ). Двигатель работает от входного электрического тока, в то время как генератор создает выходной электрический ток, при этом мощность течет между двумя машинами в качестве механической крутящий момент; это обеспечивает электрическую изоляцию и некоторую буферизацию питания между двумя электрическими системами.

Одно из применений - устранение скачков и вариаций «грязной мощности» (мощность кондиционирования ) или для обеспечения согласования фаз между различными электрическими системами.

Маховик-генератор

Другое применение - это буфер для экстремальных нагрузок на энергосистему. Например, токамак Термоядерные устройства создают очень большие пиковые нагрузки, но относительно низкие средние нагрузки на электрическую сеть. В Токамак DIII-D в General Atomics, то Принстонский Большой Тор (PLT) на Принстонская лаборатория физики плазмы, а Синхротрон Нимрод на Лаборатория Резерфорда Эпплтона каждый использовал большой маховики на нескольких установках двигатель-генератор для выравнивания нагрузки на электрическую систему: сторона двигателя медленно ускоряется, маховик для хранения энергии, который быстро потреблялся во время термоядерного эксперимента, поскольку сторона генератора действовала как тормозить на маховике. Точно так же авианосец ВМС США следующего поколения Электромагнитная система запуска самолетов (ЭМАЛС) будет использовать двигатель-генератор с маховиком для мгновенной подачи энергии для запусков самолетов, мощность которых превышает установленную на корабле мощность генератора.

Конверсии

Набор MG, используемый для обеспечения переменного трехфазного напряжения переменного тока для Электронно-лучевая сварочная машина источник питания высокого напряжения.

Мотор-генераторы могут использоваться для различных преобразований, в том числе:

Переменный ток (AC) в постоянный ток (ОКРУГ КОЛУМБИЯ)
DC в AC^[3]
DC в одном Напряжение к постоянному току при другом напряжении. (Также называется динамо-мотором, сокращенно от динамо-мотора)
Создание или балансировка трехпроводная система постоянного тока.
AC в одном частота в AC в другом гармонично -связанная частота
Переменный ток при фиксированном напряжении на переменный ток переменного напряжения
AC один этап в AC трехфазный

Источник питания переменного тока

До того, как твердотельное регулирование напряжения переменного тока стало доступным или рентабельным, мотор-генераторные установки использовались для обеспечения переменного напряжения переменного тока. Напряжение постоянного тока, подаваемое на якорь генераторов, можно было бы изменять вручную или электронно для управления выходным напряжением. При таком использовании набор MG эквивалентен изолированному регулируемому трансформатору.

Высокочастотные машины

An Генератор Alexanderson это высокочастотный генератор с приводом от двигателя, который обеспечивает радиочастота мощность. На заре радиосвязи высокие частоты несущая волна должны были производиться механически с использованием генератор со многими полюсами, вращающимися на высоких скоростях. Генераторы переменного тока Alexanderson производили ВЧ до 600 кГц с большими блоками, способными выдавать выходную мощность 500 кВт. В то время как электромеханические преобразователи регулярно использовались для длинная волна Передачи в первые три десятилетия 20-го века, электронные методы требовались на более высоких частотах. Генератор Alexanderson был в значительной степени заменен генератором на электронных лампах в 1920-х годах.

Мотор-генераторы, используемые для увеличения ехать через

Мотор-генераторы использовались даже там, где входной и выходной токи практически одинаковы. В этом случае механическая инерция набора M – G используется для фильтрации переходных процессов во входной мощности. Электрический ток на выходе может быть очень чистым (бесшумным) и может ехать через кратковременные отключения электроэнергии и переходные процессы переключения на входе в установку M – G. Это может обеспечить, например, безупречное переключение с сети на питание переменного тока, обеспечиваемое дизель генераторная установка.

Мотор-генераторная установка может содержать большой маховик улучшить его проходимость; тем не менее, в этом приложении необходимо учитывать, поскольку двигатель-генератор потребует большой ток при повторном замыкании, если до момента отрыва^{[требуется разъяснение ]} достигается, что приводит к отключению. Однако пусковой ток во время повторного включения будет зависеть от многих факторов. Например, двигателю-генератору мощностью 250 кВА, работающему при 300 ампер при токе полной нагрузки, потребуется 1550 ампер пускового тока во время повторного включения через 5 секунд. В этом примере использовался фиксированный маховик такого размера, чтобы¹⁄₂ Гц в секунду скорость нарастания. Мотор-генератор представлял собой двухопорную машину вертикального типа с подшипниками в масляной ванне.

Двигатели и генераторы могут быть соединены непроводящим валом на объектах, где необходимо строго контролировать электромагнитное излучение,^[4] или там, где требуется высокая изоляция от переходных импульсных перенапряжений.

Мотор-генератор сегодня

Мотор-генераторные установки заменены на полупроводниковые приборы для некоторых целей. В прошлом комплекты MG широко использовались в лифты. Поскольку требовалось точное управление скоростью подъемной машины, непрактичность изменения частоты для двигателя переменного тока большой мощности означала, что использование комплекта MG с подъемным двигателем постоянного тока было почти стандартным для отрасли решением. Современный кондиционер частотно-регулируемые приводы и совместимые двигатели все чаще вытесняют традиционные лифтовые установки с приводом от MG, поскольку приводы переменного тока обычно более эффективны на 50% или более, чем механизмы с приводом от постоянного тока.^{[нужна цитата ]}

Еще одно применение комплектов MG было в южном регионе Британская железная дорога. Они использовались для преобразования напряжения питания 600 В постоянного тока в 850 В постоянного тока из третий рельс в 70 В постоянного тока для питания органов управления ЭМУ на складе. С тех пор они были заменены твердотельными преобразователями на новом подвижном составе.

Точно так же наборы MG использовались в Трамвай PCC для получения выхода 36 В постоянного тока из тягового источника 600 В постоянного тока. Низковольтный выход заряжает аккумуляторные батареи трамвая и подает ток на управляющее и вспомогательное оборудование (включая фары, гонгеры, двигатели дверей и электромагнитные гусеничные тормоза).

С другой стороны, в промышленных условиях, где требуется подавление гармоник, преобразование частоты или изоляция линий, комплекты MG остаются популярным решением.^{[нужна цитата ]} Полезная особенность двигателей-генераторов заключается в том, что они могут выдерживать большие кратковременные перегрузки лучше, чем полупроводниковые устройства с такой же средней номинальной нагрузкой. Учтите, что термически ограниченные по току компоненты большого полупроводникового инвертора представляют собой твердотельные переключатели массой несколько граммов с тепловой постоянной времени для их радиаторов, вероятно, более 100 мс, тогда как термически ограниченные по току компоненты MG представляют собой медные обмотки. массой в несколько сотен килограммов, которые по своей природе связаны с их собственной большой тепловой массой. Они также обладают отличной устойчивостью к электростатический разряд (ESD).

Современное использование термина

В принципе любой электрический генератор также может служить электродвигателем или наоборот. В гибридные автомобили и других легких энергосистем, «мотор-генератор» - это отдельная электрическая машина, которая может использоваться как электрический двигатель или генератор, преобразование между электрической мощностью и механическая сила.

Начиная с сезона 2014 года гоночные автомобили Формулы 1 будут иметь два так называемых «мотор-генераторных агрегата» (MGU).^[5] Это делает автомобили более экономичными за счет сбора энергии от турбокомпрессора и при торможении. Однако это не мотор-генераторы, как описано здесь, а скорее динамоторы, отдельные единицы, которые могут действовать как либо генератор или мотор. Их можно использовать для обеспечения дополнительных 160 л.с. колесам для ускорения и обгона, или их можно использовать для раскрутки турбонагнетателя для более быстрого увеличения давления наддува, тем самым снижая турбо лаг.