Silnik-generator - Motor–generator

Jednostka modulatora radiowego samolotu z czasów II wojny światowej, przedstawiająca prądnicę (czarny cylinder), która konwertuje napięcie 24–28 V DC na 500 V DC dla nadajnika. Muzeum Lotnictwa Wojskowego w Dübendorf

Silnik-generator (e zestawu M-G ) jest urządzenie do przetwarzania energii elektrycznej w inną postać. Zestawy silnik-generator służą do konwersji częstotliwości , napięcia lub fazy mocy. Mogą być również używane do izolowania obciążeń elektrycznych od linii zasilającej. Duże generatory silnikowe były szeroko stosowane do przetwarzania przemysłowych ilości energii, podczas gdy mniejsze generatory silnikowe (takie jak pokazany na rysunku) były używane do przekształcania mocy akumulatorów na wyższe napięcia prądu stałego.

Podczas gdy zespół silnik-generator może składać się z oddzielnych maszyn silnikowych i generatorowych połączonych ze sobą, pojedynczy zespół dynamomotoryczny (dla dynamo -silnika) ma cewki silnika i cewki generatora nawinięte wokół pojedynczego wirnika; zarówno silnik, jak i generator mają zatem te same zewnętrzne cewki pola lub magnesy. Zazwyczaj cewki silnika są napędzane z komutatora na jednym końcu wału, podczas gdy cewki generatora dostarczają sygnał wyjściowy do innego komutatora na drugim końcu wału. Cały zespół wirnika i wału jest mniejszy, lżejszy i tańszy niż para maszyn i nie wymaga odsłoniętych wałów napędowych.

Urządzenia konsumenckie o małej mocy, takie jak samochodowe odbiorniki radiowe z lampą próżniową, nie wykorzystywały drogich, hałaśliwych i nieporęcznych generatorów silnikowych. Zamiast tego użyli obwodu falownika składającego się z wibratora (przekaźnika samowzbudnego) i transformatora, aby wytworzyć wyższe napięcia wymagane dla lamp próżniowych z akumulatora pojazdu 6 lub 12 V.

Obsługa energii elektrycznej

W kontekście wytwarzania energii elektrycznej i dużych stałych systemów elektroenergetycznych, silnik-generator składa się z silnika elektrycznego sprzężonego mechanicznie z generatorem elektrycznym (lub alternatorem ). Silnik pracuje na elektrycznym prądzie wejściowym, podczas gdy generator wytwarza elektryczny prąd wyjściowy, przy czym moc przepływa między dwiema maszynami jako mechaniczny moment obrotowy ; zapewnia to izolację elektryczną i pewne buforowanie mocy między dwoma systemami elektrycznymi.

Jednym z zastosowań jest eliminacja skoków i zmian „brudnej mocy” ( kondycjonowanie mocy ) lub zapewnienie dopasowania fazowego między różnymi systemami elektrycznymi.

Koło zamachowe-generator

Innym zastosowaniem jest buforowanie ekstremalnych obciążeń w systemie elektroenergetycznym. Na przykład, urządzenia do syntezy tokamaków nakładają na sieć elektryczną bardzo duże obciążenia szczytowe, ale stosunkowo niskie obciążenia średnie. DIII-D tokamakiem w General Atomics , The Princeton Duży Torus (PLT) w Princeton Plasma Physics Laboratory , a synchrotron Nimrod w Rutherford Appleton Laboratory każdy stosuje się duże koła zamachowe na wielu platformach silnik-generator, aby poziom obciążenia nałożone na elektryczne system: strona silnika powoli przyspieszała duże koło zamachowe, aby zmagazynować energię , która została szybko zużyta podczas eksperymentu syntezy jądrowej, ponieważ strona generatora działała jak hamulec na kole zamachowym. Podobnie kolejna generacja lotniskowca US Navy Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) będzie wykorzystywała silnik-generator z kołem zamachowym do natychmiastowego dostarczania energii do startów samolotów z mocą większą niż zainstalowana na statku moc generatora.

Konwersje

Zestaw MG używany do zapewnienia zmiennego napięcia trójfazowego prądu przemiennego dla wysokonapięciowego zasilania spawarki elektronowej .

Generatory silnikowe mogą być używane do różnych przeróbek, w tym:

Zasilanie o zmiennym napięciu AC

Zanim stała regulacja napięcia prądu przemiennego była dostępna lub opłacalna, stosowano zespoły silnikowo-prądnicowe, aby zapewnić zmienne napięcie prądu przemiennego. Napięcie prądu stałego do twornika generatora będzie zmieniane ręcznie lub elektronicznie, aby sterować napięciem wyjściowym. W ten sposób zestaw MG jest odpowiednikiem izolowanego transformatora zmiennego.

Maszyny o wysokiej częstotliwości

Alternator alexandersona to, alternator wysokiej częstotliwości napędzany silnikiem, który zapewnia o częstotliwości radiowej mocy. We wczesnych dniach komunikacji radiowej fala nośna wysokiej częstotliwości musiała być wytwarzana mechanicznie za pomocą alternatora z wieloma biegunami napędzanego z dużymi prędkościami. Alternatory Alexanderson wytwarzały RF do 600 kHz, z dużymi jednostkami o mocy wyjściowej 500 kW. Podczas gdy konwertery elektromechaniczne były regularnie używane do transmisji fal długich w pierwszych trzech dekadach XX wieku, techniki elektroniczne były wymagane przy wyższych częstotliwościach. Alternator Alexanderson został w dużej mierze zastąpiony przez oscylator lampowy w latach dwudziestych.

Generatory silnikowe stosowane do zwiększenia przejazdu

Generatory silnikowe były stosowane nawet tam, gdzie prądy wejściowe i wyjściowe są zasadniczo takie same. W tym przypadku mechaniczna bezwładność zestawu M-G jest wykorzystywana do odfiltrowania transjentów w mocy wejściowej. Prąd elektryczny wyjścia może być bardzo czysty (bez szumów) i będzie w stanie przetrwać krótkie przerwy w dostawie prądu i przełączające stany nieustalone na wejściu do zestawu M-G. Może to umożliwić na przykład bezbłędne przełączenie zasilania sieciowego na prąd przemienny dostarczany przez agregat prądotwórczy z silnikiem wysokoprężnym .

Zestaw silnik-generator może zawierać duże koło zamachowe, aby poprawić jego jazdę; jednakże w tym zastosowaniu należy wziąć pod uwagę, ponieważ silnik-generator będzie wymagał dużej ilości prądu przy ponownym zamknięciu, jeśli przed momentem wyrwania zostanie osiągnięty, co spowoduje wyłączenie. Prąd rozruchowy podczas ponownego zamykania będzie jednak zależał od wielu czynników. Na przykład, generator silnika 250 kVA pracujący przy 300 amperach prądu pełnego obciążenia będzie wymagał 1550 amperów prądu rozruchowego podczas ponownego zamknięcia po 5 sekundach. W tym przykładzie użyto zamontowanego na stałe koła zamachowego o wielkości tak, aby uzyskać szybkość narastania 12  Hz na sekundę . Silnik-generator był maszyną dwułożyskową typu pionowego z łożyskami w kąpieli olejowej.

Silniki i generatory mogą być połączone nieprzewodzącym wałem w obiektach, które wymagają ścisłej kontroli promieniowania elektromagnetycznego lub tam, gdzie wymagana jest wysoka izolacja od przejściowych przepięć.

Nowoczesne zastosowanie prądnic silnikowych

W niektórych przypadkach zestawy silnik-generator zostały zastąpione urządzeniami półprzewodnikowymi . W przeszłości popularnym zastosowaniem zestawów MG były windy . Ponieważ wymagana była dokładna kontrola prędkości maszyny wyciągowej, niepraktyczność zmiany częstotliwości w przypadku silnika prądu przemiennego o dużej mocy oznaczała, że ​​użycie zestawu MG z silnikiem wciągnika na prąd stały było rozwiązaniem zbliżonym do standardu branżowego. Nowoczesne napędy prądu przemiennego o zmiennej częstotliwości i kompatybilne silniki coraz częściej wypierają tradycyjne instalacje dźwigowe napędzane silnikami MG, ponieważ napędy prądu przemiennego są zwykle o 50% lub więcej wydajne niż maszyny zasilane prądem stałym.

Innym zastosowaniem zestawów km-ów było południowy region kolei British Rail . Wykorzystano je do konwersji napięcia zasilania z linii 600 V DC - 850 V DC z trzeciej szyny na 70 V DC, aby zasilić elementy sterujące używanego zespołu EMU . Zostały one od tego czasu zastąpione konwerterami półprzewodnikowymi w nowym taborze.

Podobnie, zestawy MG zostały użyte w tramwaju PCC do wytworzenia wyjścia 36VDC z zasilania trakcji 600VDC. Niskonapięciowe wyjście ładuje akumulatory tramwaju i dostarcza prąd do sterowania i urządzeń pomocniczych (w tym reflektorów, dzwonków gongu, silników drzwi i elektromagnetycznych hamulców szynowych).

Z drugiej strony, w warunkach przemysłowych, gdzie potrzebne jest usuwanie harmonicznych, konwersja częstotliwości lub izolacja linii, zestawy MG pozostają popularnym rozwiązaniem. Użyteczną cechą prądnic silnikowych jest to, że mogą one lepiej radzić sobie z dużymi krótkotrwałymi przeciążeniami niż urządzenia półprzewodnikowe o tej samej średniej obciążalności. Należy wziąć pod uwagę, że elementy dużego falownika półprzewodnikowego o ograniczonym prądzie termicznym to przełączniki półprzewodnikowe o masie kilku gramów ze stałą czasową termiczną ich radiatorów prawdopodobnie większą niż 100 ms, podczas gdy elementy o ograniczonym prądzie termicznym MG to uzwojenia miedziane. masy czasami setki kilogramów, które są nierozerwalnie związane z ich własną dużą masą termiczną. Mają również z natury doskonałą odporność na wyładowania elektrostatyczne (ESD).

Współczesne użycie terminu

W zasadzie każdy generator elektryczny może również służyć jako silnik elektryczny lub odwrotnie. W pojazdach hybrydowych i innych lekkich systemach zasilania „silnik-generator” to pojedyncza maszyna elektryczna, która może być używana jako silnik elektryczny lub generator , przekształcając energię elektryczną i mechaniczną .

Od sezonu 2014 samochody wyścigowe Formuły 1 będą wyposażone w dwie jednostki, które określa się mianem „jednostek silnikowo-generatorowych” (MGU). Dzięki temu samochody będą bardziej oszczędne pod względem zużycia paliwa poprzez pozyskiwanie energii z turbosprężarki i hamowanie . Jednak nie są to generatory silnikowe jak opisane tutaj, ale są bardziej jak dynamotors pojedynczych jednostek, które mogą działać jako albo generatora lub silnika. Mogą być używane do zapewnienia dodatkowych 160 KM dla kół, aby wspomóc przyspieszanie i wyprzedzanie, lub mogą być używane do obracania turbosprężarki, aby szybciej zwiększyć ciśnienie doładowania, zmniejszając w ten sposób opóźnienie turbodoładowania .

Zobacz też

Bibliografia