모터-제너레이터

Motor–generator
내연 기관을 사용하여 전기 발전기를 구동하는 장치인 엔진-제너레이터와 혼동하지 마십시오.
제2차 세계 대전의 항공기 무선 변조기 유닛으로, 송신기를 위해 항공기의 24-28 VDC를 500 VDC로 변환하는 동력기(검은 실린더)를 보여줍니다. 뒤벤도르프 군사항공박물관

모터-제너레이터(M–G set)는 전력을 다른 형태로 변환하기 위한 장치입니다. 모터-제너레이터 세트는 주파수, 전압 또는 전력의 위상을 변환하는 데 사용됩니다. 또한 전기 부하를 전력 공급 라인에서 분리하는 데 사용할 수도 있습니다. 대형 모터-제너레이터는 산업용 전력량을 변환하는 데 널리 사용되었고, 소형 모터-제너레이터는 배터리 전력을 더 높은 직류 전압으로 변환하는 데 사용되었습니다.

모터-제너레이터 세트는 서로 다른 모터와 제너레이터 기계를 결합하여 구성될 수 있지만, 단일 장치 다이너모터(다이너모터-모터용)는 모터 코일과 제너레이터 코일을 단일 로터에 감습니다. 따라서 모터와 제너레이터 모두 동일한 외부 필드 코일 또는 자석을 공유합니다.[1] 일반적으로 모터 코일은 샤프트의 한쪽 끝에 있는 정류기에서 구동되는 반면, 발전기 코일은 샤프트의 다른 쪽 끝에 있는 다른 정류기로 출력을 제공합니다. 전체 로터 및 샤프트 어셈블리는 한 쌍의 기계보다 작고 가벼우며 가격이 저렴하며 노출된 구동 샤프트가 필요하지 않습니다.

진공관 차량용 라디오 수신기와 같은 저전력 소비자 장치는 비싸고 소음이 심하며 부피가 큰 모터-제너레이터를 사용하지 않았습니다. 대신 진동자(자기 흥분 릴레이)와 변압기로 구성된 인버터 회로를 사용하여 차량의 6V 또는 12V 배터리에서 진공관에 필요한 더 높은 전압을 생성했습니다.[2]

전력취급

전기 발전 및 대규모 고정 전력 시스템의 맥락에서 모터-제너레이터는 전기 발전기(또는 교류 발전기)에 기계적으로 결합된 전기 모터로 구성됩니다. 모터는 전기 입력 전류로 작동하며 제너레이터가 두 기계 사이에 흐르는 전력을 기계적 토크로 사용하여 전기 출력 전류를 생성합니다. 이를 통해 두 전기 시스템 사이에 전기적 절연과 일부 전력 완충이 이루어집니다.

한 가지 용도는 "더러운 전력"(전력 조절)의 스파이크와 변동을 제거하거나 서로 다른 전기 시스템 간의 위상 정합을 제공하는 것입니다.

플라이휠 발전기

또 다른 용도는 전력 시스템의 과도한 부하를 완충하는 것입니다. 예를 들어 토카막 핵융합 장치는 전기 그리드에 매우 큰 피크 부하를 부과하지만 상대적으로 낮은 평균 부하를 부과합니다. 제너럴 아토믹스의 DIII-D 토카막, 프린스턴 플라즈마 물리학 연구소의 프린스턴 대형 토러스(PLT), 러더퍼드 애플턴 연구소의 Nimrod 싱크로트론은 전기 시스템에 가해지는 부하를 평준화하기 위해 여러 모터-제너레이터 리그에 각각 대형 플라이휠을 사용했습니다. 모터 측은 에너지를 저장하기 위해 대형 플라이휠을 천천히 가속했습니다. 융합 실험 중에 발전기 쪽이 플라이휠의 브레이크 역할을 하면서 빠르게 소모되었습니다. 마찬가지로, 차세대 미 해군 항공모함 전자기 항공기 발사 시스템(EMALS)은 플라이휠 모터-제너레이터 리그를 사용하여 항공기 발사에 필요한 전력을 선박의 설치된 발전기 용량보다 큰 속도로 즉시 공급할 것입니다. 상기 전문화된 응용 분야 외에도, 플라이휠-제너레이터 시스템은 보다 종래의 배터리 또는 발전기 기반 무정전 전원 공급 장치(UPS)의 보조 또는 대안으로 데이터 센터에서 사용하기 위해 상용화되었습니다.[3]

변환

전자 빔 용접기 고전압 전원 공급 장치에 가변 3상 교류 전압을 제공하는 데 사용되는 MG 세트입니다.

모터-제너레이터는 다음과 같은 다양한 변환에 사용될 수 있습니다.

  • 교류(AC)에서 직류(DC)로
  • DC-AC[4] 연결
  • 한 전압에서 DC, 다른 전압에서 DC로. (다이내믹 모터라고도 하며, 다이내믹 모터의 줄임말)
  • 3-와이어 DC 시스템을 생성하거나 균형을 맞추는 것.
  • 한 주파수의 교류에서 다른 조화 관련 주파수의 교류로
  • 가변 전압의 AC에 대한 고정 전압의 AC
  • 교류 단상 ~ 교류 3상

가변 AC 전압 전원 공급 장치

솔리드 스테이트 AC 전압 조절이 가능하거나 비용 효율적이기 전에는 모터 제너레이터 세트를 사용하여 가변 AC 전압을 제공했습니다. 제너레이터 전기자에 대한 DC 전압은 출력 전압을 제어하기 위해 수동 또는 전자적으로 변경됩니다. 이러한 방식으로 사용할 경우 MG 세트는 격리된 가변 변압기와 동등합니다.

고주파 기계

Alexanderson 교류 발전기는 무선 주파수 전력을 제공하는 모터 구동 고주파 교류 발전기입니다. 무선통신 초기에는 고주파 반송파를 고속으로 구동되는 극이 많은 교류발전기를 이용하여 기계적으로 제작해야 했습니다. 알렉산더슨 교류 발전기는 최대 600kHz의 RF를 생산했으며, 500kW의 전력 출력이 가능한 대형 장치를 사용했습니다. 전기 기계 변환기는 20세기의 첫 30년 동안 장파 전송에 정기적으로 사용되었지만 더 높은 주파수에서 전자 기술이 필요했습니다. 1920년대에 Alexanderson 교류 발전기가 진공관 발진기로 대체되었습니다.

모터-제너레이터는 승차감을 높이는 데 사용됩니다.

메인 기사: 로터리

모터-제너레이터는 입력 전류와 출력 전류가 본질적으로 동일한 곳에 사용되었습니다. 이 경우 M–G 세트의 기계적 관성을 사용하여 입력 전력의 과도를 필터링합니다. 출력의 전류는 매우 깨끗하며(소음 없음) M-G 세트에 대한 입력으로 짧은 정전 및 과도 상태 전환이 가능합니다. 이는 예를 들어, 디젤 발전기 세트에 의해 제공되는 주전원에서 AC 전원으로의 무결점 차단을 가능하게 할 수 있습니다.

모터-제너레이터 세트에는 승차감을 향상시키기 위해 대형 플라이휠이 포함될 수 있지만, 모터-제너레이터는 인출 토크가[clarification needed] 달성되기 전에 재폐쇄 시 많은 전류를 필요로 하기 때문에 이 경우 고려해야 합니다. 그러나 재폐쇄 중의 돌입 전류는 많은 요인에 따라 달라집니다. 예를 들어, 최대 부하 전류 300암페어에서 작동하는 250kVA 모터 제너레이터의 경우 5초 후 재폐쇄 시 1550암페어의 돌입 전류가 필요합니다. 이 예는 고정 장착 플라이휠 크기를 사용하여 결과적으로 초당 1⁄2Hz 슬루 레이트입니다. 모터-제너레이터는 오일-배스 베어링이 장착된 수직형 2베어링 기계였습니다.

모터와 발전기는 전자기 방사선을 면밀히 제어해야 하는 시설 [5]또는 과도 서지 전압으로부터 높은 절연이 필요한 곳에서 비전도성 샤프트에 의해 결합될 수 있습니다.

모터-제너레이터의 현대적 활용

모터-제너레이터 세트는 어떤 목적을 위해 반도체 장치로 대체되었습니다. 과거에, MG 세트의 인기 있는 용도는 엘리베이터였습니다. 호이스트 기계의 정확한 속도 제어가 필요했기 때문에 고출력 AC 모터로 주파수를 변경하는 것이 비현실적이라는 것은 DC 호이스트 모터가 있는 MG 세트를 사용하는 것이 업계 표준에 가까운 해결책임을 의미했습니다. 호환 모터를 갖춘 최신 AC 가변 주파수 드라이브 전자 제품은 일반적으로 MG DC 동력 기계보다 50% 이상 효율적이기 때문에 기존의 MG 구동 엘리베이터 설치를 대체하는 경우가 증가하고 있습니다.[6]

MG 세트의 또 다른 용도는 브리티시 레일의 남부 지역이었습니다. 이들은 사용 중인 EMU 스톡의 제어를 구동하기 위해 세 번째 레일의 600 V DC – 850 V DC 라인 공급 전압을 70 V DC로 변환하는 데 사용되었습니다. 이후 새로운 롤링 스톡에서 솔리드 스테이트 컨버터로 교체되었습니다.[7] MG 기관차는 또한 기계 및 유체 변속기의 신뢰성 및 마모 문제로 인해 전 세계적으로 장거리 철도용으로 일반적으로 사용되어 왔지만, 일반적으로 각 객차에 기존 또는 MG 변속기가 장착된 소형 엔진으로 대체되고 있습니다. 고전압 오버헤드 전력 공급이 가능한 장거리 전기 기관차는 MG 변속기를 사용하였으나, 이는 일반적으로 전자 동력 제어 및 변환이 가능한 각 객차의 분산형 모터 구동으로 대체되고 있습니다.[8]

마찬가지로 PCC 노면전차에서도 MG 세트를 사용하여 600VDC 트랙션 공급 장치에서 36VDC 출력을 생성했습니다. 저전압 출력은 노면전차의 배터리를 충전하고 제어 및 보조 장비(헤드라이트, 징링거, 도어 모터 및 전자기 트랙 브레이크 포함)를 위한 전류를 공급합니다.

모터-제너레이터 세트는 탄소 전극 아크 조명이 현대적인 제논 아크 램프 투영 시스템으로 대체되기 전인 1950-60년대에 대형 영화 프로젝터에서 탄소 아크 램프의 고전류 DC 전력을 제공하기 위해 종종 사용되었습니다(미국에서는 1963년부터 시작).

고조파 제거, 주파수 변환 또는 라인 격리가 필요한 산업 환경에서는 MG 세트가 여전히 인기 있는 솔루션으로 남아 있습니다.[citation needed] 모터-제너레이터의 유용한 특징은 동일한 평균 부하율의 반도체 소자보다 큰 단기 과부하를 더 잘 처리할 수 있다는 것입니다. 대형 반도체 인버터의 열 전류 제한 구성 요소는 열 흡수원에 대한 열 시간 상수가 100 ms 이상인 몇 그램의 질량을 갖는 고체 상태 스위치임을 고려할 때, 반면 MG의 열 전류 제한 성분은 고유의 큰 열 질량에 본질적으로 부착된 수백 킬로그램의 구리 권선입니다. 또한 정전기 방전(ESD)에 대한 내성이 본질적으로 우수합니다.

현대적인 용어 사용

원칙적으로 모든 전기 발전기는 전기 모터 역할도 할 수 있고, 그 반대의 경우도 가능합니다. 하이브리드 차량 및 기타 경량 전력 시스템에서 "모터-제너레이터"는 전기 모터 또는 발전기로 사용할 수 있는 단일 전기 기계로 전력과 기계 전력을 변환합니다.

2014 시즌부터 Formula 1 경주용 자동차는 '모터 제너레이터 유닛'(MGU)[9]으로 설명되는 두 가지 기능을 갖추게 됩니다. 이를 통해 터보차저로부터 에너지를 수집하고 제동함으로써 자동차의 연료 효율이 향상됩니다. 그러나 이들은 여기에 설명된 모터 발전기가 아니라 발전기 또는 모터 역할을 할 수 있는 단일 장치인 동력기에 가깝습니다. 가속 및 추월을 돕기 위해 휠에 160 BHP를 추가로 제공하거나 터보를 회전시켜 부스트 압력을 더 빠르게 증가시켜 터보랙을 줄일 수 있습니다.

참고 항목

Wikimedia Commons에는 Motor generators 관련 미디어가 있습니다.

참고문헌

  1. ^ 라디오 아마추어 핸드북, 1976, 펍. ARL, p331–332
  2. ^ "Vibrator Power Supplies". Radioremembered.org. Retrieved 18 January 2016.
  3. ^ Chernicoff, David (8 July 2016). "Has flywheel power finally come of age?". Datacenterdynamics.com. Retrieved 14 November 2023.
  4. ^ Reddy, Y. Jaganmohan; Kumar, Y. V. Pavan; Raju, K. Padma; Ramsesh, Anilkumar (2012). "Retrofitted Hybrid Power System Design With Renewable Energy Sources for Buildings". IEEE Transactions on Smart Grid. 3 (4): 2174–2187. doi:10.1109/TSG.2012.2217512. S2CID 9691150.
  5. ^ 민감구획정보설비 구축을 위한 물리적 보안 표준, 다이앤 출판, 1994 ISBN 0-941375-87-0, 27페이지
  6. ^ "StackPath".
  7. ^ "Generators Guide". 2021년 3월 11일 목요일
  8. ^ https://www.bathnes.gov.uk/sites/default/files/sitedocuments/Planning-and-Building-Control/Planning/nr_a_guide_to_overhead_electrification.pdf[맨 URL PDF]
  9. ^ "2014 Formula One Engine Regulations" (PDF). www.fia.com. Fédération Internationale de l'Automobile. p. 5. Retrieved 10 March 2020.