로터리 컨버터

Rotary converter
1909 500kW 웨스팅하우스 로터리 컨버터

로터리 컨버터는 기계적 정류기, 인버터 또는 주파수 컨버터 역할을 하는 전기 기계의 한 종류입니다.

화학 또는 고체 전력의 정류와 반전이 나타나기 전에 교류(AC)를 직류(DC)로, 또는 DC-AC 전력으로 변환하는 데 회전 변환기가 사용되었습니다.AC [citation needed]전원에서 상업, 산업 및 철도 전기화를 위한 DC 전원을 공급하기 위해 일반적으로 사용되었습니다.

동작 원리

단순화된 바이폴라 필드의 배선 도식 Gramme 링글 위상에서 직류 로터리 컨버터(실제 사용 시 컨버터는 드럼 와인딩되어 다극 필드를 사용합니다.)[1]
간단한 2상-직류 로터리 컨버터의 배선도.두 번째 상은 [2]첫 번째 상과 직각으로 연결됩니다.
정류자에서 [3]위상이 120도로 분리된 단순 3상-직류 로터리 컨버터의 배선도.

로터리 컨버터는 두 기계가 하나의 회전 전기자와 필드 코일 세트를 공유하는 모터 제너레이터로 생각할 수 있습니다.로터리 컨버터의 기본 구조는 DC 발전기(다이나모)와 일정한 간격으로 로터 권선에 탭된 슬립 링 세트로 구성됩니다.발전기가 회전하면 회전자 권선의 전류가 정지된 자기장 권선의 자기장에서 회전하면서 교대로 흐릅니다.이 교류는 정류자를 통해 정류되며, 정류자는 로터에서 직류를 추출할 수 있습니다.이 원리는 동일한 로터 권선에 AC 전원을 공급하여 기계를 동기식 AC 모터로 작동시킵니다.통전된 코일의 회전은 정지된 자기장 권선을 들뜨게 하여 직류의 일부를 생성합니다.다른 하나는 슬립 링에서 교류로, 정류자에 의해 DC로 직접 정류됩니다.따라서 로터리 컨버터는 하이브리드 발전기 및 기계적 정류기가 됩니다.이와 같이 사용할 경우 동기 로터리 컨버터 또는 단순 동기 컨버터라고 합니다.AC 슬립 링을 통해 기계가 교류 발전기 역할을 할 수도 있습니다.

장치를 반대로 하여 필드 및 정류자 권선에 DC를 적용하여 기계를 회전시키고 AC 전원을 생성할 수 있습니다.DC-AC 기계로 작동하는 경우 역회전 변환기라고 합니다.

AC-DC 로터리 컨버터에서 무슨 일이 일어나고 있는지 상상하는 방법 중 하나는 전원 라인과 동기하는 속도로 구동되는 로터리 반전 스위치를 상상하는 것입니다.이러한 스위치로 AC 입력 파형을 수정할 수 있으며, 스위치를 구동하는 자석 구성 요소가 전혀 없습니다.로터리 컨버터는 리버스 스위치만으로 발생하는 맥동 DC가 아니라 DC에 가까운 DC를 전달하기 때문에 이 간단한 경우보다 다소 복잡하지만, 로터리 컨버터가 모든 에너지를 전기에서 기계로, 그리고 다시 전기로 변환하지 않도록 하는 방법을 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

개별 모터-제너레이터 세트에 비해 로터리 컨버터의 장점은 로터리 컨버터가 모든 전력 흐름을 기계적 에너지로 변환한 다음 다시 전기 에너지로 변환하지 않는다는 것입니다. 대신 일부 전기 에너지는 입력에서 출력으로 직접 흘러 로터리 컨버터보다 훨씬 작고 가벼울 수 있습니다.동등한 파워 핸들링 기능의 모터 구동 세트.모터 제너레이터 세트의 장점은 전원 공급망에서의 전압 강하를 보상할 수 있는 조정 가능한 전압 조절입니다. 또한 완전한 전원 차단, 고조파 절연, 더 큰 서지 및 과도 보호, 향상된 모멘텀을 통한 처짐(브라운아웃) 보호를 제공합니다.

단상-직류 로터리 컨버터의 첫 번째 그림에서는 다음과 같은 5가지 [4]방법으로 사용할 수 있습니다.

  • 코일이 회전하면 집전 링에서 교류 전류를 얻을 수 있으며 이를 교류 발전기라고 합니다.
  • 코일이 회전하면 정류자로부터 직류를 얻을 수 있으며 이를 발전기라고 한다.
  • 코일이 회전할 경우 전기자에서 두 개의 개별 전류를 얻을 수 있습니다. 하나는 직류를 제공하고 다른 하나는 교류 전류를 제공합니다.이런 기계를 복전류 발전기라고 한다.
  • 정류자에 직류가 인가되면 코일이 정류 전기 모터로 회전하기 시작하고 콜렉터 링에서 교류 전류를 꺼낼 수 있습니다.이를 역회전 변환기라고 합니다(인버터 참조).
  • 외부 수단으로 기계를 동기 속도로 올리고 전기자를 통과하는 전류의 방향이 필드 코일과 올바른 관계를 갖는 경우 코일은 동기 모터로서 교류와 동기하여 계속 회전합니다.정류자에서 직류를 얻을 수 있습니다.이 방법으로 사용하면 로터리 컨버터라고 불립니다.

셀프밸런싱 발전기

셀프밸런싱 발전기는 단상 및 2상 로터리 컨버터와 유사한 구조로 되어 있습니다.일반적으로 120/240볼트 AC 전원 공급 장치의 완전한 균형을 이루는 3와이어를 만드는 데 사용되었습니다.슬립 링에서 추출된 AC는 단일 중앙 탭 권선으로 변압기에 공급되었습니다.중앙 탭 권선은 DC 중성 와이어를 형성합니다.그것은 증기 엔진, 디젤 엔진 또는 전기 모터와 같은 기계적 동력원에 의해 구동되어야 했다.이중 전류 발생기로 사용되는 로터리 컨버터로 간주할 수 있습니다. 교류는 DC 중립 와이어의 균형을 조정하는 데 사용됩니다.

역사

일리노이 철도 박물관의 철도 로터리 컨버터

회전 변환기는 1888년 [5]찰스 S. 브래들리에 의해 발명되었다.이러한 유형의 AC/DC 컨버터의 일반적인 용도는 철도 전기화에 있었습니다. 이 경우, 전력은 교류로 공급되었지만 열차는 직류에서 작동하도록 설계되었습니다.수은 아크 정류기와 고출력 반도체 정류기가 발명되기 전에는 모터 발전기 또는 회전 변환기를 통해서만 이러한 변환을 수행할 수 있었습니다.

로터리 컨버터는 곧 1880년대와 1890년대 초에 등장한 모든 경쟁 전력 공급 시스템을 결합할 필요성을 충족시켰습니다.여기에는 단상 AC 시스템, 다상 AC 시스템, 저전압 백열 조명, 고전압 아크 조명, 공장 및 노면 [6][7]자동차 내의 기존 DC 모터 등이 포함됩니다.당시 대부분의 기계와 기기는 주거용, 상업용 및 산업용 로터리 컨버터 변전소에서 제공하는 DC 전력으로 작동되었습니다.로터리 컨버터는 전기 도금과 같은 산업용 전기 화학 공정에서 고전류 DC 전력을 공급했습니다.제철소에서는 메인 롤 구동 모터에 대량의 현장 DC 전원이 필요했습니다.마찬가지로 제지공장과 인쇄기에서도 용지가 찢어지는 것을 방지하기 위해 모터를 완전히 동기화하여 시동 및 정지시키기 위해 직류가 필요했습니다.

진부화

로터리 컨버터를 사용해야 하는 미봉책은 오래된 시스템이 새로운 AC 유니버설 시스템에 맞춰 폐기되거나 업그레이드됨에 따라 서서히 극복되었습니다.AC-DC 동기 회전 변환기는 1930년대에 수은 아크 정류기에 의해, 그리고 1960년대에 [8]: 54 반도체 정류기에 의해 구식이 되었다.동기식 로터리 컨버터를 사용하는 최초의 뉴욕 지하철 변전소 중 일부는 1999년까지 [8]: 12 운영되었다.로터리 컨버터에 비해 수은아크와 반도체 정류기는 일상적인 유지보수, 병렬동작을 위한 수동동기, 숙련된 인력 등이 필요하지 않았으며, 깨끗한 DC전원을 제공하였다.이를 통해 새로운 변전물을 무인화할 수 있었고, 점검과 유지보수를 위해 기술자가 정기적으로 방문하기만 하면 되었다.

대부분의 어플리케이션에서 AC는 DC를 대체하였고, 최종적으로 로터리 컨버터의 필요성과 함께 로컬 DC 변전소의 필요성이 감소하였습니다.많은 DC 고객이 AC전원으로 전환하여 현장에서는 고체 DC 정류기를 사용하여 AC전원으로부터 나머지 DC기기에 전력을 공급했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Hawkins Electrical Guide, 1917년 9월 2일, 페이지 1459, 그림 2034
  2. ^ Hawkins Electrical Guide, 1917년 9월 2일, 페이지 1460, 그림 2035
  3. ^ Hawkins Electrical Guide, 1917년 9월 2일, 페이지 1461, 그림 2036
  4. ^ Hawkins Electrical Guide, 1917년 9월 2일, 페이지 1461
  5. ^ 휴즈, 토마스 파크전력망: 서양 사회의 전기화, 1880~1930년.메릴랜드주 볼티모어: 존스홉킨스 대학 출판부 - 1993, pp=120–196
  6. ^ Garud, Raghu, Kumaraswamy, Arun, Langlois, Richard(2009).모듈러 시대의 관리:아키텍처, 네트워크 및 조직.뉴욕: John Wiley & Sons. 페이지 249
  7. ^ 휴즈, 토마스 파크전력망: 서양 사회의 전기화, 1880~1930년.메릴랜드주 볼티모어: 존스홉킨스 대학 출판부 - 1993, pp=120–196
  8. ^ a b Payne, Christopher (2002). New York's Forgotten Substations: The Power Behind the Subway. Princeton Architectural Press. ISBN 978-1568983554.
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