Convertor rotativ - Rotary converter
.jpg)
Un convertor rotativ este un tip de mașină electrică care acționează ca redresor mecanic , invertor sau convertor de frecvență .
Convertoarele rotative au fost utilizate pentru a converti curent alternativ (AC) în curent continuu (DC) sau DC în curent alternativ, înainte de apariția rectificării și inversării puterii chimice sau în stare solidă . Ele au fost utilizate în mod obișnuit pentru a furniza curent continuu pentru electrificarea comercială, industrială și feroviară dintr-o sursă de curent alternativ.
Principiile de funcționare
Convertorul rotativ poate fi gândit ca un motor-generator , unde cele două mașini împart o armătură rotativă unică și un set de bobine de câmp . Construcția de bază a convertorului rotativ constă dintr-un generator de curent continuu (dinam) cu un set de inele de alunecare introduse în înfășurările rotorului la intervale uniform distanțate. Când se învârte o dinamă, curenții electrici din înfășurările rotorului alternează pe măsură ce se rotește în câmpul magnetic al înfășurărilor staționare. Acest curent alternativ este rectificat cu ajutorul unui comutator care permite extragerea curentului continuu din rotor. Acest principiu este profitat de acționarea acelorași înfășurări ale rotorului cu putere alternativă care determină mașina să acționeze ca un motor alternativ sincron. Rotația bobinelor energizate excită înfășurările de câmp staționare care produc o parte din curentul continuu. Cealaltă parte este curent alternativ din inelele de alunecare, care este rectificat direct în curent continuu de către comutator . Acest lucru face ca convertorul rotativ să fie o dinamă hibridă și un redresor mecanic. Atunci când este utilizat în acest mod, este denumit convertor rotativ sincron sau pur și simplu convertor sincron . Inelele de alunecare AC permit, de asemenea, mașinii să acționeze ca un alternator.
Dispozitivul poate fi inversat și DC aplicat pe câmpul și înfășurările comutatorului pentru a roti mașina și a produce curent alternativ. Când este acționat ca o mașină de curent continuu la curent alternativ, acesta este denumit convertor rotativ inversat .
O modalitate de a imagina ce se întâmplă într-un convertor rotativ AC-DC este să vă imaginați un comutator rotativ de inversare care este acționat la o viteză care este sincronă cu linia de alimentare. Un astfel de comutator ar putea rectifica forma de undă de intrare AC fără componente magnetice, cu excepția celor care conduc comutatorul. Convertorul rotativ este oarecum mai complex decât acest caz banal, deoarece oferă aproape DC mai degrabă decât DC pulsatoriu care ar rezulta doar din comutatorul de inversare, dar analogia poate fi utilă în înțelegerea modului în care convertorul rotativ evită transformarea întregii energii din electric la mecanic și înapoi la electric.
Avantajul convertorului rotativ față de setul discret de motor-generator este că convertorul rotativ evită transformarea întregului flux de energie în energie mecanică și apoi înapoi în energie electrică; o parte din energia electrică curge în schimb direct de la intrare la ieșire, permițând convertizorului rotativ să fie mult mai mic și mai ușor decât un set motor-generator cu o capacitate echivalentă de gestionare a puterii. Avantajele unui motor-generator includ reglarea reglabilă a tensiunii care poate compensa căderea de tensiune în rețeaua de alimentare; a oferit, de asemenea, o izolare completă a puterii , izolarea armonicelor, o protecție mai mare la supratensiuni și tranzitorii și o protecție la cădere (brownout) prin impuls crescut.
În această primă ilustrare a unui convertor rotativ monofazat în curent continuu, acesta poate fi utilizat în cinci moduri diferite:
- Dacă bobina este rotită, curenții alternativi pot fi luați din inelele colectoare și se numește alternator .
- dacă bobina este rotită, curentul continuu poate fi preluat de la comutator și se numește dinam .
- Dacă bobina este rotită, pot fi preluați doi curenți separați din armătură, unul furnizând curent continuu și celălalt furnizând curent alternativ. O astfel de mașină se numește generator de curent dublu .
- Dacă se aplică un curent continuu la comutator, bobina va începe să se rotească ca un motor electric comutat și un curent alternativ poate fi scos din inelele colectorului. Aceasta se numește convertor rotativ inversat (vezi invertor ).
- Dacă mașina este adusă la viteza sincronă prin mijloace externe și dacă direcția curentului prin armătură are relația corectă cu bobinele de câmp, atunci bobina va continua să se rotească în sincronism cu curentul alternativ ca motor sincron . Un curent continuu poate fi preluat de la comutator. Atunci când este utilizat în acest fel, se numește convertor rotativ .
Dinam de auto-echilibrare
Dinamul de auto-echilibrare are o construcție similară cu convertorul rotativ monofazat și cu două faze. A fost folosit în mod obișnuit pentru a crea o sursă electrică complet echilibrată de 120/240 volți cu trei fire. AC-ul extras din inelele de alunecare a fost alimentat într-un transformator cu o singură înfășurare centrală. Înfășurarea centrală formează firul neutru DC. Trebuia acționat de o sursă de energie mecanică, cum ar fi un motor cu aburi, un motor diesel sau un motor electric. Ar putea fi considerat un convertor rotativ utilizat ca generator de curent dublu; curentul alternativ a fost folosit pentru a echilibra firul neutru DC.
Istorie
Convertorul rotativ a fost inventat de Charles S. Bradley în 1888. O utilizare tipică pentru acest tip de convertor AC / DC a fost pentru electrificarea căilor ferate , unde energia electrică a fost furnizată ca curent alternativ, dar trenurile au fost proiectate să funcționeze pe curent continuu. Înainte de invenția redresoarelor cu arc de mercur și a redresoarelor semiconductoare de mare putere , această conversie putea fi realizată numai folosind generatoare de motoare sau convertoare rotative.
Convertizoarele rotative au îndeplinit în curând nevoia de a combina toate sistemele concurente de furnizare a energiei electrice care au apărut în anii 1880 și începutul anilor 1890. Acestea includ sisteme de curent alternativ monofazate, sisteme de curent alternativ polifazate, iluminat cu incandescență de joasă tensiune, iluminare cu arc de înaltă tensiune și motoare de curent continuu existente în fabrici și mașini de stradă. Majoritatea mașinilor și aparatelor de la acea vreme erau acționate de curent continuu care era furnizat de stații de transformare rotative pentru consum rezidențial, comercial și industrial. Convertoarele rotative furnizau curent continuu de mare curent pentru procesele electrochimice industriale , cum ar fi galvanizarea . Fabricile de oțel aveau nevoie de cantități mari de energie continuă la fața locului pentru motoarele lor principale de acționare cu role. În mod similar, fabricile de hârtie și presele de imprimare au necesitat curent continuu pentru a porni și opri motoarele în sincronizare perfectă pentru a preveni ruperea foii.
Obsolescența
Încetarea necesității de a utiliza convertoare rotative a fost depășită încet, pe măsură ce sistemele mai vechi au fost retrase sau actualizate pentru a se potrivi cu noul sistem universal AC. Convertoarele rotative sincrone de la AC la CC au fost învechite de redresoarele cu arc de mercur în anii 1930 și ulterior de redresoarele cu semiconductori din anii 1960. Unele dintre stațiile de metrou originale din New York , care foloseau convertoare rotative sincrone, au funcționat până în 1999. Comparativ cu convertorul rotativ, redresoarele cu arc de mercur și semiconductoare nu au necesitat întreținere zilnică, sincronizare manuală pentru funcționare în paralel și nici personal calificat și au furnizat curent continuu curent putere. Acest lucru a permis noilor stații să fie fără pilot, necesitând doar vizite periodice ale unui tehnician pentru inspecție și întreținere.
AC a înlocuit DC în majoritatea aplicațiilor și, în cele din urmă, necesitatea de stații DC locale a scăzut, împreună cu nevoia de convertoare rotative. Mulți clienți de curent continuu s-au convertit la curent alternativ, iar redresoarele de curent continuu la fața locului au fost folosite pentru alimentarea echipamentelor de curent continuu rămase din sursa de curent alternativ.
Vezi si
Referințe
- Slichter, WI (1917). „Convertoare, sincrone sau rotative” . În Pender, Harold (ed.). Manual pentru ingineri electrici . New York: John Wiley & Sons. pp. 279-291.
- Greenberg, Bernard S. (1999). "Tehnologia de alimentare a convertorului rotativ: curent alternativ, continuu și metrou." nycsubway.org.