Введение
Электрическая машина
Роторный преобразователь — это тип электрической машины, который выполняет функции механического выпрямителя, инвертора или преобразователя частоты. Роторные преобразователи использовались для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC) или постоянного тока (DC) в переменный ток до появления химических или твердотельных выпрямителей и инверторов. Они широко применялись для обеспечения постоянным током коммерческих, промышленных и железнодорожных систем электрификации от источника переменного тока.
Динамо с самобалансировкой
Самобалансирующийся динамо имеет конструкцию, аналогичную однофазным и двухфазным роторным преобразователям. Он широко использовался для создания полностью сбалансированной трехпроводной сети переменного тока 120/240 вольт. Переменный ток, снимаемый с контактных колец, подавался на трансформатор с одной обмоткой с центральным отводом. Этот центральный отвод формировал нейтральный проводник для постоянного тока. Для его работы требовался механический привод, такой как паровой двигатель, дизельный двигатель или электродвигатель. По сути, это был роторный преобразователь, используемый как генератор двойного тока: переменный ток применялся для балансировки нейтрального провода постоянного тока.
История
Роторный преобразователь был изобретен Чарльзом С. Брэдли в 1888 году. Типичным применением этого типа преобразователя переменного/постоянного тока была электрификация железных дорог, где электроэнергия от электросети поступала в виде переменного тока. Поезда проектировались для работы на постоянном токе, поскольку тяговые двигатели постоянного тока могли быть созданы с характеристиками скорости и крутящего момента, подходящими для привода, и могли управляться для изменения скорости. Двигатель асинхронного переменного тока был менее пригоден для использования в качестве тягового при питании от источника с фиксированной частотой. До изобретения ртутных выпрямителей и мощных полупроводниковых выпрямителей такое преобразование можно было осуществить только с помощью двигателей-генераторов или роторных преобразователей. Роторные преобразователи быстро удовлетворили потребность в использовании всех конкурирующих систем электроснабжения, появившихся в 1880-х и начале 1890-х годов. К ним относились однофазные системы переменного тока, многофазные системы переменного тока, освещение лампами накаливания низкого напряжения, дуговое освещение высокого напряжения, а также существующие двигатели постоянного тока на фабриках и в трамваях. Большинство машин и приборов того времени работали от постоянного тока, который обеспечивался конечным потребителем через роторные преобразовательные подстанции для бытовых, коммерческих и промышленных нужд. Роторные преобразователи обеспечивали высокий ток постоянного тока для промышленных электрохимических процессов, таких как гальваническое покрытие. Сталелитейные заводы нуждались в большом количестве постоянного тока для привода основных валков. Аналогичным образом, бумажные фабрики и печатные станки требовали постоянного тока для запуска и остановки двигателей в идеальной синхронизации, чтобы предотвратить разрыв полотна.
Устаревание
Временная необходимость в использовании ротационных преобразователей постепенно отпала, по мере вывода из эксплуатации или модернизации старых систем для соответствия новой универсальной системе переменного тока. Синхронные роторные преобразователи переменного тока в постоянный ток устарели с появлением ртутных дуговых выпрямителей в 1930-х годах, а затем полупроводниковых выпрямителей в 1960-х годах. Некоторые из первых подстанций Нью-Йоркского метрополитена, использовавшие синхронные роторные преобразователи, продолжали работать до 1999 года. По сравнению с ротационными преобразователями, ртутные дуговые и полупроводниковые выпрямители не требовали ежедневного обслуживания, ручной синхронизации для параллельной работы и квалифицированного персонала, а также обеспечивали стабильное постоянное напряжение. Это позволило новым подстанциям работать без персонала, требуя лишь периодических визитов техника для осмотра и обслуживания. Переменный ток заменил постоянный ток в большинстве применений, и в конечном итоге потребность в локальных подстанциях постоянного тока уменьшилась вместе с потребностью в ротационных преобразователях. Многие потребители перешли на переменный ток, а для питания оставшегося оборудования постоянного тока на месте стали использоваться твердотельные выпрямители постоянного тока, подключенные к сети переменного тока.