Мотор-генератор

Мотор-генератор (нем. Umformer, двигатель-генератор) — электрическая машина для преобразования электрической энергии из одной её формы в другую либо же, в некоторых случаях, функционирующая как проводник электрической энергии, не производящий в конечном итоге данного преобразования.

Например:

• преобразование постоянного электрического тока в переменный, как правило, более высокого напряжения. Используются двигатель постоянного тока и синхронный генератор.
• получение постоянного тока из переменного для специальных случаев (питание сварочного оборудования, некоторые модели старых электровозов). Используются асинхронный или синхронный двигатель и генератор постоянного тока;
• передача мощности между электросетями разной частоты (как например в Японии, где частота на севере страны 50 Гц, а на юге 60 Гц), 50 и 400 Гц (для электроснабжения военных объектов, где используются электронные приборы и электродвигатели, рассчитанные на частоту тока 400 Гц), снабжение электрифицированных железных дорог с питанием переменным током пониженной частоты. Используются синхронный двигатель и синхронный генератор с разным количеством пар полюсов статора.
• преобразование однофазного тока в трёхфазный (расщепитель фаз, чаще всего по устройству очень схож с асинхронным двигателем).

Чаще всего представляет собой электродвигатель, соединенный валом с электрическим генератором. В конструкцию также вводятся дополнительные устройства для стабилизации выходного напряжения и частоты.

Известны также умформеры с единым якорем (одноякорные преобразователи), в которых обмотки разного рода тока разъединены. Обмотки постоянного тока выводятся на коллектор, а переменного — на контактные кольца.

Есть также машины с общими обмотками для разного рода тока. В случае преобразования числа фаз даже нет нужды в коллекторе или скользящих контактах. В этом случае вся обмотка навивается на статоре и в нужном месте делаются отпайки. Таким образом, например, асинхронная машина может преобразовывать одно- или двухфазный ток в любой многофазный (например — 3-фазный). Пример такой машины — фазорасщепитель электровозов ВЛ60, ВЛ80, ВЛ85^[1], а также ЭП1М, 2ЭС5К и 3ЭС5К новых выпусков^[2].

Применения

Электровозный преобразователь высокого (3000 В) постоянного напряжения в низкое постоянное

Принцип действия умформера может применяться для преобразования:

• рода тока;
• напряжения;
• частоты;
• числа и смещения фаз.

Электромашинный преобразователь постоянного напряжения бортсети в переменное, мощностью три киловатта, в отсеке самолёта

Широко использовались в авиационной, танковой и ракетной технике СССР вплоть до 1970-х годов, в частности, для питания ламповых устройств. В частности, на отечественной авиационной технике чрезвычайно распространены однофазные (серии ПО — преобразователь однофазный) и трёхфазные (серии ПТ) преобразователи, питающиеся постоянным напряжением 27 В, например, ПО-600, выдающий однофазное напряжение 127 В, 50 Гц, ПТ-1000, выдающий трёхфазное напряжение 36 В, 400 Гц, ПО-4500 выходной мощностью 4,5 кВА, напряжением 115 В, частотой 400 Гц^[3]. Похожие преобразователи установлены на пассажирских вагонах выпусков 1950—1970-х годов, например, ППО-2-400У4 и MB12, преобразующие 50 В постоянного тока в 220 В, 400—425 Гц для питания люминесцентных светильников, или маломощные преобразователи, вырабатывающие 127 В, 50 Гц для питания электробритв^[4].

Умформеры использовались в системах электрического питания ЭВМ первого поколения. В военной технике СССР, работавшей от собственного 400-герцового генератора, умформер ставили в месте стационарной установки, чтобы запитать от промышленной сети.

Умформеры (мотор-генераторы) применяются на трамваях, троллейбусах с косвенной системой управления, электровозах и электропоездах постоянного тока^[5] для получения низкого напряжения (24 и 50 В соответственно), питающего цепи управления. На некоторых старых моделях подъёмных кранов, например, КС-5363 и канатных экскаваторов с дизель-электрическим приводом постоянного тока наряду с ДВС для привода генератора предусмотрен электродвигатель переменного тока для работы от внешней сети. В 1980—1990-х годах на городском электротранспорте были вытеснены статическими полупроводниковыми преобразователями на тиристорах (ТЗУ), а позже — на транзисторах.

Достоинства и недостатки

К достоинствам можно отнести:

• гальваническую развязку входной и выходной цепей;
• получение на выходе почти идеального синусоидального напряжения, без шумов, связанных с работой других потребителей сети;
• простоту устройства и его обслуживания;
• возможность получения на выходе трёхфазного напряжения без существенного усложнения конструкции;
• фильтрация бросков тока при резком изменении нагрузки или кратковременном отключении питающего напряжения за счёт инерции ротора;
• простота рекуперации энергии.

Недостатки:

• сравнительно низкий ресурс по причине наличия движущихся частей;
• высокая масса и стоимость за счет материалоёмкости конструкции;
• вибрация и шум;
• необходимость технического обслуживания (смазка подшипников, чистка коллекторов, замена щёток в коллекторных машинах);
• низкий КПД, как правило, 50 —70 %, из-за двойного преобразования энергии.^[6]

В настоящее время

В настоящее время вытеснен из мобильных применений твердотельными преобразователями, а также более широким использованием низковольтной аппаратуры.

По-прежнему выгодно применение в промышленности и энергетике для преобразования сравнительно больших мощностей. Перспективно применение умформеров на основе машин двойного питания для передачи мощностей между сетями 50 и 60 Гц, а также между сетью с низкими параметрами напряжения и частоты и сетью с особо высокими требованиями. В этом случае для питания обмоток ротора применяется ещё и статический преобразователь частоты, но мощность преобразователя нужна меньшая (для приведённого примера преобразования 50 в 60 Гц это составляет около 1/5 полной мощности).

Примечания

1. Грузовые электровозы переменного тока: Справочник. Дубровский З. М., Попов В. И., Тушканов Б. А. М., Транспорт, 1998.
2. Электровоз магистральный 2ЭС5К (3ЭС5К). Руководство по эксплуатации. Книга 1. Описание и работа. Электрические схемы. ОАО ВЭлНИИ.
3. Электрооборудование самолёта Ту-134А. Норкин Я. Ш., М., Машиностроение, 1976.
4. Болотин З. М., Травина Н. Л., Соломатин В. В. М., ИЦ «Академия», 2004.
5. Динамотор
6. Авиационное оборудование. Андриевский А. Ю., Воскресенский Ю. Е., Доброленский Ю. П. и др. М., Воениздат, 1989.

Литература

• Михайлов В. А. Умформеры.//Радио, № 6, 1948, с. 51-53

Ссылки

• Внешний вид