Motore–generatore - Motor–generator

Unità modulatore radio aereo della seconda guerra mondiale, che mostra un dinamotore (il cilindro nero) che converte 24-28 V CC del velivolo a 500 V CC per il trasmettitore. Museo dell'aviazione militare di Dübendorf

Un motore-generatore (un insieme M–G ) è un dispositivo per convertire l' energia elettrica in un'altra forma. I gruppi motore-generatore vengono utilizzati per convertire la frequenza , la tensione o la fase di potenza. Possono essere utilizzati anche per isolare carichi elettrici dalla linea di alimentazione elettrica. I motori-generatori di grandi dimensioni sono stati ampiamente utilizzati per convertire quantità industriali di energia, mentre i motori-generatori più piccoli (come quello mostrato nell'immagine) sono stati utilizzati per convertire la potenza della batteria in tensioni CC più elevate.

Mentre un gruppo motore-generatore può consistere di macchine a motore e generatore distinti accoppiati insieme, una singola unità dynamotor (per dinamo -motor) ha le bobine del motore e le bobine del generatore avvolto attorno ad un unico rotore; sia il motore che il generatore condividono quindi le stesse bobine o magneti di campo esterno. Tipicamente le bobine del motore sono azionate da un commutatore su un'estremità dell'albero, mentre le bobine del generatore forniscono l'uscita a un altro commutatore sull'altra estremità dell'albero. L'intero gruppo rotore e albero è più piccolo, più leggero ed economico di un paio di macchine e non richiede alberi di trasmissione esposti.

I dispositivi di consumo a bassa potenza come i ricevitori radio per veicoli a tubi sottovuoto non utilizzavano motogeneratori costosi, rumorosi e ingombranti. Invece, hanno utilizzato un circuito inverter costituito da un vibratore (un relè autoeccitante) e un trasformatore per produrre le tensioni più elevate necessarie per i tubi a vuoto dalla batteria da 6 o 12 V del veicolo.

Gestione della potenza elettrica

Nell'ambito della produzione di energia elettrica e dei grandi sistemi elettrici fissi, un motogeneratore è costituito da un motore elettrico accoppiato meccanicamente ad un generatore elettrico (o alternatore ). Il motore funziona sulla corrente elettrica in ingresso mentre il generatore crea la corrente elettrica in uscita, con la potenza che scorre tra le due macchine come coppia meccanica ; ciò fornisce isolamento elettrico e un certo buffering della potenza tra i due sistemi elettrici.

Un uso è quello di eliminare picchi e variazioni di "potenza sporca" ( condizionamento di potenza ) o di fornire l'adattamento di fase tra diversi sistemi elettrici.

Volano-generatore

Un altro uso è quello di tamponare carichi estremi sul sistema di alimentazione. Ad esempio, i dispositivi di fusione tokamak impongono carichi di picco molto elevati, ma carichi medi relativamente bassi, sulla rete elettrica. Il tokamak DIII-D presso la General Atomics , il Princeton Large Torus (PLT) presso il Princeton Plasma Physics Laboratory e il sincrotrone Nimrod presso il Rutherford Appleton Laboratory utilizzavano ciascuno grandi volani su più rig motore-generatore per livellare il carico imposto sul sistema: il lato del motore ha accelerato lentamente un grande volano per immagazzinare energia , che è stata consumata rapidamente durante un esperimento di fusione poiché il lato del generatore ha agito come un freno sul volano. Allo stesso modo, la portaerei della Marina degli Stati Uniti di nuova generazione Electromagnetic Aircraft Launch System (EMALS) utilizzerà un rig motore-generatore a volano per fornire energia istantaneamente per i lanci di aerei a una capacità del generatore installata superiore alla nave.

Conversioni

Un set MG utilizzato per fornire una tensione CA trifase variabile per l'alimentazione ad alta tensione di una saldatrice a fascio di elettroni .

I motogeneratori possono essere utilizzati per varie conversioni, tra cui:

Alimentazione a tensione CA variabile

Prima che la regolazione della tensione CA a stato solido fosse disponibile o conveniente, i gruppi elettrogeni a motore venivano utilizzati per fornire una tensione CA variabile. La tensione CC all'armatura dei generatori verrebbe variata manualmente o elettronicamente per controllare la tensione di uscita. Quando utilizzato in questo modo, il set MG è equivalente a un trasformatore variabile isolato.

Macchine ad alta frequenza

Un alternatore Alexanderson è un alternatore motorizzato ad alta frequenza che fornisce potenza a radiofrequenza . Agli albori delle comunicazioni radio, l' onda portante ad alta frequenza doveva essere prodotta meccanicamente utilizzando un alternatore con molti poli azionati ad alta velocità. Gli alternatori Alexanderson producevano RF fino a 600 kHz, con unità di grandi dimensioni in grado di erogare una potenza di 500 kW. Mentre i convertitori elettromeccanici venivano regolarmente utilizzati per le trasmissioni a onde lunghe nei primi tre decenni del XX secolo, erano necessarie tecniche elettroniche a frequenze più elevate. L'alternatore Alexanderson è stato in gran parte sostituito dall'oscillatore a tubo a vuoto negli anni '20.

Motori-generatori utilizzati per aumentare l' attraversamento

Sono stati utilizzati anche motogeneratori in cui le correnti di ingresso e di uscita sono essenzialmente le stesse. In questo caso, l'inerzia meccanica del set M–G viene utilizzata per filtrare i transitori nella potenza di ingresso. La corrente elettrica dell'uscita può essere molto pulita (senza rumore) e sarà in grado di attraversare brevi blackout e transitori di commutazione all'ingresso del set M–G. Ciò può consentire, ad esempio, il passaggio impeccabile dall'alimentazione di rete all'alimentazione CA fornita da un gruppo elettrogeno diesel .

Il gruppo motore-generatore può contenere un grande volano per migliorarne la corsa; tuttavia, è necessario prendere in considerazione questa applicazione poiché il motore-generatore richiederà una grande quantità di corrente alla richiusura, se prima che venga raggiunta la coppia di estrazione, con conseguente arresto. Tuttavia, la corrente di spunto durante la richiusura dipenderà da molti fattori. Ad esempio, un motogeneratore da 250 kVA funzionante a 300 ampere di corrente a pieno carico richiederà 1550 ampere di corrente di spunto durante una richiusura dopo 5 secondi. Questo esempio utilizza un fisso montato volano dimensionato comportare un 1 / 2  Hz al secondo slew rate . Il motogeneratore era una macchina a due cuscinetti di tipo verticale con cuscinetti a bagno d'olio.

Motori e generatori possono essere accoppiati da un albero non conduttivo in strutture che devono controllare da vicino le radiazioni elettromagnetiche o dove è richiesto un elevato isolamento dalle sovratensioni transitorie.

Uso moderno di motogeneratori

I gruppi motore-generatore sono stati sostituiti da dispositivi a semiconduttore per alcuni scopi. In passato, un uso comune dei set MG era negli ascensori . Poiché era richiesto un controllo accurato della velocità della macchina di sollevamento, l'impossibilità di variare la frequenza con un motore CA ad alta potenza significava che l'uso di un set MG con un motore di sollevamento CC era una soluzione quasi standard del settore. I moderni azionamenti a frequenza variabile in ca e motori compatibili hanno sempre più soppiantato le tradizionali installazioni di ascensori azionati da MG, poiché gli azionamenti in ca sono in genere più efficienti del 50% o più rispetto ai macchinari alimentati in cc.

Un altro uso per i set MG era nella regione meridionale della British Rail . Sono stati utilizzati per convertire la tensione di alimentazione di linea da 600 V CC - 850 V CC dalla terza rotaia in 70 V CC per alimentare i controlli dello stock EMU in uso. Da allora questi sono stati sostituiti con convertitori a stato solido su nuovo materiale rotabile.

Allo stesso modo, i set MG sono stati utilizzati nel tram PCC per produrre un'uscita a 36 V CC dall'alimentazione di trazione a 600 V CC. L'uscita a bassa tensione carica le batterie del tram e fornisce corrente per le apparecchiature di controllo e ausiliarie (inclusi fari, suonerie, motorini delle porte e freni a binario elettromagnetici).

D'altra parte, negli ambienti industriali in cui è necessaria la cancellazione delle armoniche, la conversione di frequenza o l'isolamento della linea, i set MG rimangono una soluzione popolare. Una caratteristica utile dei motogeneratori è che possono gestire grandi sovraccarichi a breve termine meglio dei dispositivi a semiconduttore dello stesso carico medio. Considera che i componenti termicamente limitati in corrente di un grande inverter a semiconduttore sono interruttori a stato solido che ammassano pochi grammi con una costante di tempo termica ai loro dissipatori di calore probabilmente superiore a 100 ms, mentre i componenti termicamente limitati in corrente di un MG sono avvolgimenti di rame ammassando a volte centinaia di chilogrammi che sono intrinsecamente attaccati alla propria grande massa termica. Hanno anche un'eccellente resistenza intrinseca alle scariche elettrostatiche (ESD).

Uso moderno del termine

In linea di principio, qualsiasi generatore elettrico può fungere anche da motore elettrico o viceversa. Nei veicoli ibridi e in altri sistemi di alimentazione leggeri, un "motore-generatore" è una singola macchina elettrica che può essere utilizzata come motore elettrico o generatore , convertendo tra energia elettrica e potenza meccanica .

Dalla stagione 2014, le auto da corsa di Formula 1 avranno due di quelle che vengono descritte come "unità motogeneratori" (MGU). Ciò rende le auto più efficienti dal punto di vista del consumo di carburante raccogliendo energia dal turbocompressore e in frenata . Tuttavia questi non sono motogeneratori come descritto qui, ma sono più simili a dinamotori , singole unità che possono fungere sia da generatore che da motore. Possono essere utilizzati per fornire ulteriori 160 CV alle ruote per favorire l'accelerazione e il sorpasso, oppure possono essere utilizzati per far girare il turbo per aumentare la pressione di sovralimentazione più velocemente, riducendo così il ritardo del turbo .

Guarda anche

Riferimenti