Motor-generator - Motor–generator
Un motor-generator (un set M-G ) este un dispozitiv pentru conversia energiei electrice într-o altă formă. Seturile motor-generator sunt utilizate pentru a converti frecvența , tensiunea sau faza de putere. Ele pot fi, de asemenea, utilizate pentru a izola sarcinile electrice de la linia de alimentare cu energie electrică. Generatoarele de motoare mari au fost utilizate pe scară largă pentru a converti cantitățile industriale de putere, în timp ce generatoarele de motor mai mici (cum ar fi cel prezentat în imagine) au fost utilizate pentru a converti puterea bateriei la tensiuni DC mai mari.
In timp ce un set motor-generator poate consta din mașini cu motor și generator de distincte cuplate împreună, o singură unitate dynamotor (pentru dinam -Motor) are bobine ale motorului și bobinele generatorului înfășurate în jurul unui singur rotor; atât motorul, cât și generatorul împart, prin urmare, aceleași bobine sau magneți de câmp exterior. De obicei, bobinele motorului sunt antrenate de la un comutator pe un capăt al arborelui, în timp ce bobinele generatorului furnizează ieșire către un alt comutator la celălalt capăt al arborelui. Întregul ansamblu rotor și arbore este mai mic, mai ușor și mai ieftin decât o pereche de mașini și nu necesită arbori de acționare expuși.
Dispozitivele de consum redus de energie, cum ar fi receptoarele radio pentru vehicule cu tuburi vidate, nu foloseau generatoare de motoare scumpe, zgomotoase și voluminoase. În schimb, au folosit un circuit invertor format dintr-un vibrator (un releu auto-excitant) și un transformator pentru a produce tensiunile mai mari necesare pentru tuburile de vid de la bateria de 6 sau 12 V a vehiculului.
Manipularea energiei electrice
În contextul generării de energie electrică și al sistemelor mari de energie electrică fixă, un motor-generator constă dintr-un motor electric cuplat mecanic la un generator electric (sau alternator ). Motorul funcționează pe curentul electric de intrare în timp ce generatorul creează curentul electric de ieșire, puterea curgând între cele două mașini ca un cuplu mecanic ; aceasta asigură izolarea electrică și o oarecare tamponare a puterii dintre cele două sisteme electrice.
O utilizare este de a elimina vârfurile și variațiile „puterii murdare” ( condiționarea puterii ) sau de a asigura potrivirea fazelor între diferite sisteme electrice.
Generator de volant
O altă utilizare este de a memora sarcini extreme pe sistemul de alimentare. De exemplu, dispozitivele de fuziune tokamak impun sarcini de vârf foarte mari, dar sarcini medii relativ mici, pe rețeaua electrică. Tokamak DIII-D la General Atomics , The Princeton Large Torus (PLT) la Laboratorul de Fizica Princeton Plasma , iar Synchrotron Nimrod la Rutherford Appleton Laboratory , fiecare mari utilizate volanți pe mai multe platforme de motor-generator la nivelul sarcinii impuse electrică sistem: partea motorului a accelerat încet o volantă mare pentru a stoca energie , care a fost consumată rapid în timpul unui experiment de fuziune, deoarece partea generatorului a acționat ca o frână pe volant. În mod similar, următoarea generație a portavionului US Navy Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) va utiliza o instalație motor-generator de volant pentru a furniza energie instantaneu pentru lansările de aeronave la o capacitate mai mare decât cea a generatorului instalat de navă.
Conversii
Motor-generatoarele pot fi utilizate pentru diferite conversii, inclusiv:
- Curent alternativ (AC) la curent continuu (DC)
- DC la AC
- DC la o tensiune la DC la alta tensiune. (Numit și dinamotor, prescurtare pentru dinamomotor)
- Crearea sau echilibrarea unui sistem DC cu trei fire .
- AC la o frecvență la AC la o altă frecvență armonică
- AC la o tensiune fixă la AC a unei tensiuni variabile
- AC monofazat la AC trifazat
Alimentare cu tensiune alternativă variabilă
Înainte ca reglarea tensiunii AC în stare solidă să fie disponibilă sau rentabilă, s-au folosit grupuri electrogene pentru a furniza o tensiune alternativă variabilă. Tensiunea continuă la armătura generatoarelor ar fi variată manual sau electronic pentru a controla tensiunea de ieșire. Când este utilizat în acest mod, setul MG este echivalent cu un transformator variabil izolat.
Mașini de înaltă frecvență
Un alternator Alexanderson este un alternator acționat de motor, de înaltă frecvență, care furnizează putere de frecvență radio . În primele zile ale comunicațiilor radio, unda purtătoare de înaltă frecvență trebuia produsă mecanic folosind un alternator cu mulți poli acționați la viteze mari. Alternatoarele Alexanderson produceau RF de până la 600 kHz, cu unități mari capabile de o putere de 500 kW. În timp ce convertoarele electromecanice au fost utilizate în mod regulat pentru transmisiile cu unde lungi în primele trei decenii ale secolului XX, tehnicile electronice au fost necesare la frecvențe mai mari. Alternatorul Alexanderson a fost în mare parte înlocuit de oscilatorul cu tub de vid în anii 1920.
Generatoarele de motoare obișnuiau să mărească deplasarea
Motor-generatoare au fost utilizate chiar și atunci când curenții de intrare și ieșire sunt în esență aceiași. În acest caz, inerția mecanică a setului M – G este utilizată pentru a filtra tranzitorii în puterea de intrare. Curentul electric al ieșirii poate fi foarte curat (fără zgomot) și va putea trece prin scurte scurgeri și comutarea tranzitorilor la intrarea la setul M-G. Acest lucru poate permite, de exemplu, tăierea fără cusur de la rețeaua electrică la curent alternativ furnizată de un grup electrogen diesel .
Setul motor-generator poate conține o volantă mare pentru a-și îmbunătăți circulația ; cu toate acestea, trebuie luată în considerare în această aplicație, deoarece motorul-generator va necesita o cantitate mare de curent la reînchidere, dacă înainte de a se atinge cuplul de tragere, rezultând o oprire. Cu toate acestea, curentul de viteză în timpul reînchiderii va depinde de mulți factori. De exemplu, un generator de motor de 250 kVA care funcționează la 300 amperi de curent complet va necesita 1550 amperi de curent de intrare în timpul unei reînchideri după 5 secunde. Acest exemplu a folosit o volantă montată fixă, de dimensiuni, pentru a rezulta o rată de rotire de 1 ⁄ 2 Hz pe secundă . Motor-generator a fost o mașină cu două rulmenți de tip vertical, cu rulmenți pentru baie de ulei.
Motoarele și generatoarele pot fi cuplate de un arbore neconductiv în instalații care trebuie să controleze îndeaproape radiația electromagnetică sau unde este necesară o izolare ridicată de tensiunile de supratensiune tranzitorii.
Utilizarea modernă a generatoarelor de motoare
Seturile motor-generator au fost înlocuite cu dispozitive semiconductoare în anumite scopuri. În trecut, o utilizare populară pentru seturile MG era în lifturi . Deoarece a fost necesar un control precis al vitezei mașinii de ridicat, imposibilitatea de a varia frecvența la un motor de curent alternativ de mare putere a însemnat că utilizarea unui set MG cu un motor de ridicare de curent continuu a fost o soluție aproape standardă din industrie. Unitățile moderne de frecvență variabilă de curent alternativ și motoarele compatibile au înlocuit din ce în ce mai mult instalațiile tradiționale de ascensoare cu acționare MG, deoarece acționările de curent alternativ sunt de obicei mai eficiente cu 50% sau mai mult decât mașinile alimentate cu curent continuu.
O altă utilizare pentru seturile MG a fost în regiunea de sud a British Rail . Acestea au fost folosite pentru a converti tensiunea de alimentare a liniei 600 V DC - 850 V DC de la a treia șină în 70 V DC pentru a alimenta comenzile stocului UEM în uz. De atunci, acestea au fost înlocuite cu convertoare în stare solidă pe material rulant nou.
În mod similar, seturile MG au fost utilizate în tramvaiul PCC pentru a produce o ieșire de 36VDC din alimentarea cu tracțiune de 600VDC. Ieșirea de joasă tensiune încarcă bateriile tramvaiului și alimentează curent pentru echipamente de control și auxiliare (inclusiv faruri, sonerii de gong, motoare de ușă și frâne electromagnetice de cale).
Pe de altă parte, în setările industriale în care este necesară anularea armonicii, conversia de frecvență sau izolarea liniei, seturile MG rămân o soluție populară. O caracteristică utilă a generatoarelor de motoare este că pot face față suprasarcinelor mari pe termen scurt mai bine decât dispozitivelor semiconductoare cu aceeași sarcină medie. Luați în considerare faptul că componentele cu un curent termic limitat ale unui invertor semiconductor mare sunt comutatoare în stare solidă cu o masă de câteva grame, cu o durată constantă termică la radiatoarele lor de peste 100 ms, în timp ce componentele cu curent termic limitat ale unui MG sunt înfășurări de cupru adunând uneori sute de kilograme care sunt atașate intrinsec de propria lor masă termică mare. De asemenea, au o rezistență inerentă excelentă la descărcarea electrostatică (ESD).
Utilizare modernă a termenului
În principiu, orice generator electric poate servi și ca motor electric sau invers. În vehiculele hibride și alte sisteme de alimentare ușoare, un „motor-generator” este o singură mașină electrică care poate fi utilizată ca motor electric sau ca generator , transformând între puterea electrică și puterea mecanică .
Din sezonul 2014, mașinile de curse de Formula 1 vor avea două dintre cele descrise ca „unități motor-generator” (MGU). Acest lucru face mașinile mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil prin recoltarea energiei din turbocompresor și prin frânare . Cu toate acestea, acestea nu sunt generatoare de motoare așa cum este descris aici, ci seamănă mai mult cu dinamotori , unități unice care pot acționa fie ca generator, fie ca motor. Acestea pot fi utilizate pentru a furniza roți suplimentare de 160 BHP pentru a ajuta accelerarea și depășirea sau pot fi folosite pentru a roti turbo-ul pentru a crește presiunea de creștere mai rapid, reducând astfel turbo lag .