Döner dönüştürücü - Rotary converter

Vikipedi, özgür ansiklopedi
1909 500kW Westinghouse döner konvertör

Bir döner dönüştürücü bir tür elektrik makinesinin mekanik olarak hareket eden düzeltici , invertör veya frekans dönüştürücü .

Döner dönüştürücüler , kimyasal veya katı hal güç düzeltmesi ve tersine çevirmeden önce alternatif akımı (AC) doğru akıma (DC) veya DC'yi AC gücüne dönüştürmek için kullanıldı . AC güç kaynağından ticari, endüstriyel ve demiryolu elektrifikasyonu için DC güç sağlamak için yaygın olarak kullanıldılar.

Döner dönüştürücüler hala frekans dönüştürücü olarak kullanılmaktadır.

Operasyon prensipleri

Basitleştirilmiş bir çift ​​kutuplu alan Gramme halkası için tek fazlı - doğru akım döner dönüştürücü için kablolama şeması . (Gerçek kullanımda, dönüştürücü tambur sargılıdır ve çok kutuplu bir alan kullanır .)
Basitleştirilmiş için şematik bir kablo , iki faz için doğru akım birinci dik açılarla bağlanır, ikinci faz ile, döner dönüştürücü.
Basitleştirilmiş için şematik bir kablo , üç faz için akıma fazlar komütatör 120 derece ile ayrılmış olan, döner dönüştürücü.

Döner dönüştürücü , iki makinenin tek bir dönen armatürü ve alan bobinlerini paylaştığı bir motor jeneratörü olarak düşünülebilir . Döner konvertörün temel yapısı , eşit aralıklarla rotor sargılarına takılan bir dizi kayma halkasına sahip bir DC jeneratöründen (dinamo) oluşur . Bir dinamo döndürüldüğünde, rotor sargılarındaki elektrik akımları, sabit alan sargılarının manyetik alanında döndükçe değişmektedir. Bu alternatif akım, DC akımının rotordan çıkarılmasına izin veren bir komütatör vasıtasıyla düzeltilir . Bu ilkeden, makinenin senkron bir AC motor gibi davranmasına neden olan AC gücü ile aynı rotor sargılarına enerji verilerek yararlanılır. Enerjili bobinlerin dönüşü, DC akımının bir kısmını üreten sabit alan sargılarını uyarır. Diğer kısım, komütatör tarafından doğrudan doğruya DC'ye dönüştürülen kayma halkalarından gelen AC akımıdır . Bu, döner konvertörü hibrit bir dinamo ve mekanik redresör yapar. Bu şekilde kullanıldığında, senkron bir döner dönüştürücü veya basitçe bir senkron dönüştürücü olarak adlandırılır . AC kayma halkaları ayrıca makinenin bir alternatör olarak hareket etmesine izin verir.

Cihaz tersine çevrilebilir ve makineyi döndürmek ve AC gücü üretmek için alan ve komütatör sargılarına DC uygulanabilir. DC'den AC'ye makine olarak çalıştırıldığında, tersine çevrilmiş bir döner dönüştürücü olarak adlandırılır .

Bir AC-DC döner dönüştürücüde neler olduğunu hayal etmenin bir yolu, güç hattı ile senkronize bir hızda çalıştırılan bir döner ters çevirme anahtarı hayal etmektir. Böyle bir anahtar, anahtarı çalıştıranlar dışında hiçbir manyetik bileşen olmadan AC giriş dalga biçimini düzeltebilir . Döner dönüştürücü, bu önemsiz durumdan biraz daha karmaşıktır, çünkü yalnızca ters çevirme anahtarından kaynaklanacak darbeli DC'den ziyade DC'ye yakın sağlar, ancak analoji, döner dönüştürücünün tüm enerjiyi dönüştürmekten nasıl kaçındığını anlamada yardımcı olabilir. elektrikselden mekanike ve tekrar elektriksele.

Döner dönüştürücünün ayrı motor-jeneratör setine göre avantajı, döner dönüştürücünün tüm güç akışını mekanik enerjiye ve sonra tekrar elektrik enerjisine dönüştürmekten kaçınmasıdır; Bunun yerine elektrik enerjisinin bir kısmı doğrudan girişten çıkışa akar ve bu da döner konvertörün eşdeğer bir güç işleme kapasitesine sahip bir motor-jeneratör setinden çok daha küçük ve daha hafif olmasına izin verir. Bir motor-jeneratör setinin avantajları arasında, besleme ağındaki voltaj düşüşünü telafi edebilen ayarlanabilir voltaj regülasyonu ; aynı zamanda tam güç izolasyonu , harmonik izolasyonu, daha büyük dalgalanma ve geçici koruma ve artırılmış momentum yoluyla sarkma (kesinti) koruması sağladı.

Tek fazlı bir doğru akımlı döner dönüştürücünün bu ilk gösteriminde, beş farklı şekilde kullanılabilir:

  • Bobin döndürülürse kollektör halkalarından alternatif akımlar alınabilir ve buna alternatör denir .
  • Bobin döndürülürse komütatörden doğru akım alınabilir ve buna dinamo denir .
  • Bobin döndürülürse armatürden biri doğru akım sağlayan diğeri ise alternatif akım sağlayan iki ayrı akım alınabilir. Böyle bir makineye çift ​​akım üreteci denir .
  • Komütatöre bir doğru akım uygulanırsa, bobin değiştirilmiş bir elektrik motoru olarak dönmeye başlayacak ve kolektör halkalarından alternatif bir akım alınabilir. Buna ters çevrilmiş döner dönüştürücü denir (bkz. İnvertör ).
  • Makine harici yollarla senkron hıza çıkarılırsa ve armatürden geçen akımın yönü alan bobinleri ile doğru ilişkiye sahipse, bobin alternatif akım ile senkron motor olarak senkron bir şekilde dönmeye devam edecektir . Komütatörden doğru akım alınabilir. Bu şekilde kullanıldığında döner dönüştürücü olarak adlandırılır .

Kendi kendini dengeleyen dinamo

Kendi kendini dengeleyen dinamo, tek ve iki fazlı döner dönüştürücüye benzer bir yapıya sahiptir. Tamamen dengeli üç telli 120/240 volt DC elektrik kaynağı oluşturmak için yaygın olarak kullanıldı. Kayma halkalarından çıkarılan AC, tek bir merkez-kılavuzlu sargılı bir transformatöre beslendi. Ortadan kılavuzlu sargı, DC nötr telini oluşturur. Buhar motoru, dizel motor veya elektrik motoru gibi mekanik bir güç kaynağı tarafından çalıştırılması gerekiyordu. Çift akım üreteci olarak kullanılan bir döner dönüştürücü olarak düşünülebilir; AC akımı, DC nötr kabloyu dengelemek için kullanıldı.

Tarih

Illinois Demiryolu Müzesi'nden Demiryolu Döner Dönüştürücü

Döner dönüştürücü, 1888'de Charles S. Bradley tarafından icat edildi . Bu tip AC / DC dönüştürücü için tipik bir kullanım , şebeke gücünün alternatif akım olarak sağlandığı, ancak trenlerin doğru akım üzerinde çalışmak üzere tasarlandığı demiryolu elektrifikasyonu içindi. Cıva arklı redresörlerin ve yüksek güçlü yarı iletken redresörlerin icadından önce , bu dönüşüm yalnızca motor jeneratörleri veya döner konvertörler kullanılarak gerçekleştirilebilirdi.

Döner dönüştürücüler kısa süre sonra, 1880'lerde ve 1890'ların başında ortaya çıkan tüm rakip elektrik gücü dağıtım sistemlerini birleştirme ihtiyacını karşıladı. Bunlar arasında tek fazlı AC sistemleri, çok fazlı AC sistemleri, düşük voltajlı akkor aydınlatma, yüksek voltajlı ark aydınlatması ve fabrikalarda ve sokak arabalarında mevcut DC motorlar bulunuyordu. O zamanki makine ve cihazların çoğu, konut, ticari ve endüstriyel tüketim için döner konvertör trafo merkezleri tarafından sağlanan DC gücüyle çalıştırılıyordu. Döner dönüştürücüler Endüstriyel için yüksek akım DC gücü temin elektrokimyasal gibi süreçler galvanik . Çelik fabrikaları , ana silindir tahrik motorları için büyük miktarlarda yerinde DC güce ihtiyaç duyuyordu. Benzer şekilde, kağıt fabrikaları ve baskı makineleri , tabakanın yırtılmasını önlemek için motorlarını mükemmel bir senkronizasyonda başlatmak ve durdurmak için doğru akıma ihtiyaç duyuyordu.

Modası geçme

Eski sistemler kullanımdan kaldırıldıkça veya yeni AC evrensel sistemle eşleşecek şekilde yükseltildikçe, döner konvertör kullanma ihtiyacının getirdiği engel yavaş yavaş aşıldı. AC'den DC'ye senkron döner dönüştürücüler , 1930'larda cıva ark redresörleri ve daha sonra 1960'larda yarı iletken redresörler tarafından kullanılmaz hale getirildi . Eşzamanlı döner dönüştürücüler kullanan orijinal New York City Metro trafo merkezlerinden bazıları 1999 yılına kadar çalıştı. Döner dönüştürücü ile karşılaştırıldığında, cıva ark ve yarı iletken redresörlerin günlük bakıma, paralel çalışma için manuel senkronizasyona veya kalifiye personele ihtiyacı yoktu ve temiz DC sağladılar. güç. Bu, yeni trafo merkezlerinin insansız olmasını sağladı ve yalnızca bir teknisyenin muayene ve bakım için periyodik ziyaretlerini gerektirdi.

AC, çoğu uygulamada DC'nin yerini aldı ve sonunda, yerel DC trafo merkezlerine olan ihtiyaç, döner dönüştürücülere olan ihtiyaç ile birlikte azaldı. Birçok DC müşterisi AC gücüne dönüştürüldü ve kalan DC ekipmanına AC kaynağından güç sağlamak için yerinde katı hal DC redresörleri kullanıldı.

Ayrıca bakınız

Referanslar