Een motor-generatorcombinatie Een eenankeromvormer heeft slechts één rotor en stator Links het gelijkspanningsgedeelte met collector en commutator Rechts het wisselspanningsgedeelte met sleepringen Kwikgelijkrichter

Eenankeromvormer: van gelijkspanning naar wisselspanning of omgekeerd

De stator dient voor de bekrachtiging (veldwikkeling), maar de bekrachtigingsstroom heeft geen invloed op de uitgangsspanning. De bekrachtiging dient enkel om de omvormer te doen draaien. Men kan de bekrachtiging opdrijven om blindvermogen aan het wisselspanningsnet te leveren (verbetering van de arbeidsfactor).

De rotor heeft een wikkeling die geschakeld is als dynamo (met uitgangen naar de collector) en als sleepringankermotor (met drie sleepringen).

Als de omvormer als gelijkrichter gebruikt wordt, dan wordt de driefasige wisselspanning aangevoerd via de sleepcontacten en de gelijkspanning wordt afgenomen aan de borstels van de collector. De eenankeromvormer kan ook gebruikt worden om wisselspanning te leveren, maar de frekwentie is niet stabiel en hangt van het toerental af.

De eenankeromvormer werkt in feite als autotransformator, waarbij de borstels altijd gelijkspanning aftappen. Door de synchrone rotatie is de gelijkspanning maximaal op vaste plaatsen op de collector, en daar wordt de gelijkspanning afgenomen.

Om de slijtage aan de borstels te verminderen gebruikt men een zo laag mogelijke rotatiesnelheid, bijvoorbeeld 750 omwentelingen per minuut. Omdat de omvormer synchroon met het net draait heeft men meer polen (en een ingewikkeldere constructie) nodig als men een lagere rotatiesnelheid gebruikt.

De omvormer wordt op snelheid gebracht met een verlaagde wisselspanning. Men kan de omvormer eveneens op snelheid brengen door een gelijkspanning, maar hier is dan een complexere schakelsysteem nodig. De omvormer moet altijd synchroon met het net lopen.

Mechanisch gezien werkt de eenankeromvormer altijd onbelast. De bekrachtiging kan redelijk beperkt zijn en dient enkel om de omvormer te doen draaien. Men had evengoed permanente magneten kunnen gebruiken, maar die waren nog niet sterk genoeg toen de omvormers gebruikt werden.

De omvormers werden hoofdzakelijk gebruikt om gelijkspanning te leveren voor de trams: het was gemakkelijker het vermogen van een gelijkspanningsmotor te regelen. Tegenwoordig worden sommige trams nog altijd met gelijkspanning gevoed (de kusttram, bijvoorbeeld).

Eenankeromvormers werden ook gebruikt voor andere toepassingen, bijvoorbeeld voor de voeding van de liftmotoren van steenkoolmijnen (voordat men Ward Leonard groepen ging gebruiken), voor galvanoplastie en electrolyse. Het verschil met een Ward Leonard, is dat deze laatste gebruikt werd voor het voeden van één grote motor (liftkooi steenkoolmijn), terwijl de roterende omvormer gebruikt werd om een apart electriciteitsnet ter realiseren, waarop een aantal motoren aangesloten konden worden.

Het voordeel van een gecombineerde omvormer (één anker) in vergelijking met een motor-generatorcombinatie is het hoog electrisch rendement. Zo'n omvormer heeft geen compensatiepolen nodig (zie dynamo). Een minpunt is dat de gelijkspanning vast ligt op 1.633× de wisselspanning (lijnspanning). Er is ook geen isolatie tussen de wisselspanning en de gelijkspanning.

Vaak werd de eenankeromvormer door een transfo gevoed, die de middenspanning (bijvoorbeeld 15kV) omzette naar een geschikte laagspanning voor de gebruikers. De secundaire wikkeling van de transfo is zwevend, zodat de plus- of minpool (uitgang van de omvormer) aan de massa gelegd kan worden.

Er werden ook eenankeromvormers gebouwd met gescheiden "primaire" en "secundaire" wikkelingen. Deze werden echter slechts ingezet in kleine installaties omdat het anker dubbel zo groot moest zijn voor een bepaald vermogen. Door de roterende delen kon de isolatie niet zo goed uitgevoerd zijn als bij een transformator.

Er zijn nog een paar foto's van een eenankeromvormer op de pagina over hoogoven 4 van Charleroi.

Dynamotor

De dynamotor bestaat uit een gelijkstroommotor met dubbele armatuur (rotor). Een rotor wordt gevoed met de batterijspanning en dient voor de aandrijving van de combinatie, terwijl de tweede rotor meer wikkelingen van fijnere draad heeft en de hoogspanning levert.

In tegenstelling met de eenankeromvormer wordt er hier wel mechanische energie overgebracht van de ene armatuur naar de andere.

Gelijkrichter van Barthélémy

Een transformator verlaagt de wisselspanning van 110V naar de laadspanning voor batterijen. Een kleine synchrone motor drijft een commutator aan, een cylinder met koperen contacten die alternerend contact maken in de ene richting en dan in de andere richting, synchroon net de netspanning. Koolborstels brengen de spanning toe naar de commutator en tappen de gelijkgedrichte spanning af. Een smoorspoel beperkt de stroompieken. De batterij mag enkel aangesloten worden als er netspanning aanwezig is en de motor draait.

Zo'n roterende gelijkrichter was aanwezig in alle grote garages voor de tweede wereldoorlog. Het is eigenlijk de mechanische uitvoering van de synchrone gelijkrichter (synchronous rectifier) die tegenwoordig gerealiseerd wordt met IGBT of andere transistortypes. De mechanische gelijkrichter van Barthélémy werd vervangen door electronische gelijkrichters met Tungar buizen.

De roterende omvormers voor hoog vermogen werden gebruikt tot in de jaren 1970, toen de eerste siliciumgelijkrichters op de markt kwamen. Tussendoor werden er ook kwikdampgelijkrichters gebruikt (die geschikt waren voor een zeer hoge spanning en hoge stromen).

Gelijkrichters voor zeer hoog vermogen (kwikdamp of siliciumdiodes) gebruiken geen triphasé, maar hexaphasé waarbij er minder ondulatie overblijft. Ook is de crestfactor gunstiger.