Генератор-двигатель

Генератор-двигатель (нем. Umformer, умформер, электромашинный преобразователь) — электрическая машина для преобразования электрической энергии из одной ее формы в другую.

Например:

• преобразование постоянного электрического тока в переменный, как правило, более высокого напряжения;
• получение постоянного тока из переменного для специальных случаев (питание сварочного оборудования);
• передача мощности между электросетями разной частоты (50 и 60 Гц).

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

Известны также умформеры с единым ротором, 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.

Широко использовались в авиационной, танковой и ракетной технике СССР вплоть до 70-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 50-70-хх годов XX века, 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.

Умформеры (мотор-генераторы) применяются на трамваях, троллейбусах с косвенной системой управления, электровозах и электропоездах для получения низкого напряжения (24 и 50 В соответственно), питающего цепи управления. В 80-х—90-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;
• устойчивость к радиации;
• 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.

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^[5].
• высокая пожароопасность

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 приведенного 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. ↑ 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

В Викисловаре есть статья «генератор-двигатель»

Внешний вид