jak lze stejnosměrný motor použít jako generátor: Praktické aplikace, výběr, výkon

Někde v šuplíku je malý stejnosměrný motor, který čeká na práci, zachráněný z rozbité hračky, ručního ventilátoru nebo staré tiskárny. Četli jste, že může fungovat i zpětně jako generátor, a teď chcete vědět, zda je to skutečně pravda a jak to udělat správně.

Krátká odpověď: ano a není v tom žádný trik. Stejnosměrný motor s permanentním magnetem a generátor stejnosměrného proudu s permanentním magnetem jsou stejné stroje, pouze popsané z opačných konců. Mikromotory na stejnosměrný proud vyrábíme v Yuyao od roku 1988 a otázka generátoru se objevuje neustále, od studentů, kteří zapojují malou větrnou turbínu, až po inženýry, kteří přidávají možnost nabíjení ruční klikou. Tady je to, na čem vlastně záleží.

Proč lze stejnosměrný motor použít jako generátor

Přeměna energie uvnitř stejnosměrného stroje je symetrická. Protlačit proud cívkou sedící v magnetickém poli a cívka je tlačena do strany, takže se rotor otáčí. Místo toho otočte tím stejným rotorem a cívka projde polem, magnetický tok, který ji spojuje, se změní a na svorkách se objeví napětí. To je Faradayův zákon indukce, který dělá přesně to, co dělá v každém generátoru, který byl kdy postaven.

To, co dělá kartáčovaný stejnosměrný motor tak pohodlným, je jeho komutátor. Uvnitř kotvy je indukované napětí střídavé, protože každá cívka prochází pod severním a následně jižním pólem. Komutátor prohodí spojení s vnějším světem přesně ve správný okamžik, takže dva terminály si zachovávají pevnou polaritu. Je to mechanický usměrňovač a to je důvod, proč vám kartáčovaný motor podává stejnosměrný proud bez jediné elektronické součástky.

Úhledné na tom je, že jedno číslo dělá dvě práce. Napěťová konstanta, která vám říká, jak rychle se motor otáčí na volt, vám také říká, jaké napětí produkuje za otáčku. Motor dimenzovaný na 12 V a 6 000 ot./min bez zátěže vygeneruje zhruba 12 V, když jej něco jiného roztočí až na 6 000 ot./min.

Kartáčovaný nebo bezkartáčový: Co vychází z drátů

Obě rodiny mohou vyrábět, ale předávají vám jinou elektřinu a tento rozdíl rozhoduje o tom, kolik práce musí udělat zbytek vašeho okruhu.

Kartáčované stejnosměrné motory dodávají stejnosměrný proud

Roztočte hřídel a na svorkách se objeví DC s vlněním na vrcholu z komutace. Dva dráty, nic jiného není potřeba, a multimetr okamžitě ukazuje hodnotu.

Bezkomutátorové stejnosměrné motory dodávají třífázový střídavý proud

U bezkomutátorového motoru sedí vinutí ve statoru a magnety se otáčejí, takže otáčení hřídele indukuje na vodičích statoru třífázové napětí, lichoběžníkové v typickém BLDC a sinusové v PMSM. Nic to neupraví mechanicky, takže potřebujete třífázový můstek plus vyhlazovací kondenzátor nebo regulátor, který podporuje aktivní usměrnění, než energie nabije baterii.

Přeměna motoru na generátor, krok za krokem

Většina lidí začíná s jakýmkoliv motorem, který je již na lavičce, a to je naprosto dobrý přístup. Malé kartáčované motory používané v hračkách a ručních spotřebičích jsou klasickou volbou pro první experiment s větrnou turbínou nebo ruční klikou, protože obsahují permanentní magnety a produkují čitelné napětí pouze při několika stovkách otáček za minutu.

Vysokorychlostní kartáčovaný DC motor RS-977 pro sekačky na trávu Kartáčovaný motor s permanentními magnety nabízí vysokorychlostní výstup a stabilní zatížitelnost, což je důležité při přizpůsobení napětí otáčkám v malých sestavách. Zobrazit produkt →

1. Začněte se správným strojem. Musí mít permanentní magnety. Splňuje požadavky kartáčovaný motor s permanentními magnety z hračky, ventilátoru nebo tiskárny, stejně jako bezkomutátorový motor. Indukční stroje a stroje na rány nepracují stejným způsobem.
2. Odpojte elektroniku. Pokud byl motor dodán s deskou ovladače, regulátorem rychlosti nebo baterií, izolujte je. Chcete nezpracované svorky motoru.
3. Připojte hřídel k hlavnímu pohonu. Ruční klika, vrtule, vodní kolo nebo turbína postačí, pokud bude hřídel plynule otáčet.
4. Změřte napětí naprázdno. Nastavte multimetr na DC volty pro kartáčovaný motor a AC volty pro bezkomutátorový motor, pak točte rukou a sledujte, jak se odečet řídí vaší rychlostí.
5. Všimněte si voltů na otáčky. Roztočte se známou rychlostí, zaznamenejte napětí a máte konstantu, kterou potřebujete k dimenzování všeho ostatního.
6. V případě potřeby opravte. Třífázový můstek a kondenzátor pro bezkomutátorový motor; na kartáčovaný většinou stačí kondenzátor přes svorky plus blokovací dioda, pokud napájíš baterii.
7. Přidejte zátěž a znovu změřte. Počítejte s poklesem napětí, protože proud procházející odporem vinutí vás vždy stojí volty.
8. Dávejte pozor na teplo a jiskření kartáčem. Pokud se motor zahřeje, odebíráte více proudu, než může propustit.

Kolik napětí a výkonu můžete reálně získat?

Napětí se mění s rychlostí téměř lineárně, což usnadňuje aritmetiku. Vydělte jmenovité napětí otáčkami naprázdno a dostanete konstantní generátor. Pro typický mikromotor se konstanta pohybuje někde mezi jedním a třemi volty na tisíc otáček, což je důvod, proč líná ruční klika produkuje jeden nebo dva volty, zatímco turbína točící se při několika tisících otáčkách může dosáhnout jmenovitého napětí motoru.

Napětí naprázdno je optimistické číslo. Jakmile protéká proud, svorkové napětí klesne o proud násobený odporem vinutí. U malého motoru může být odpor kotvy několik ohmů, takže vytažení jednoho zesilovače vás může stát několik voltů. Změřte znovu s připojenou zátěží; to je postava, kterou váš obvod skutečně vidí.

Výkon následuje točivý moment. Proud, který generátor dodává, je úměrný točivému momentu aplikovanému na hřídel, takže slabý hnací motor při nízkých otáčkách vám poskytne napětí, za nímž není téměř žádný proud. Jako hrubé vodítko lze uvést, že malý kartáčovaný motor poháněný slušným zlomkem svých jmenovitých otáček vrací někde mezi polovinou a třemi čtvrtinami mechanického výkonu, který vložíte, s odporem vinutí, pádem kartáče, třením ložisek a ztrátami železa.

Výběr motoru pro výkon generátoru

Pokud vybíráte motor speciálně pro generování, podívejte se za číslo na štítku a místo toho zkontrolujte několik charakteristik.

• Permanentní magnety nevyjímaje. Feritové magnety nebo magnety ze vzácných zemin vám zdarma poskytují budicí pole, což umožňuje generování v tak malém stroji.
• Nízký odpor vinutí, takže méně vašeho mechanického vstupu se v mědi promění v teplo.
• Nízký proud naprázdno a jemné ozubení, protože hladké armatury se začnou otáčet s menší námahou, když je vaším hlavním hybatelem lehký vánek nebo ruční klika.
• Rychlost, která vyhovuje vaší jízdě. Protože napětí roste s otáčkami za minutu, rychlejší motor potřebuje méně otáček, aby dosáhl užitečného výkonu.
• Převodovka, používaná promyšleně. V normálním provozu převodový motor mění rychlost za krouticí moment; v generaci to můžete spustit opačně a nechat pomalé vodní kolo roztočit hřídel motoru mnohem rychleji, pokud se smíříte s extra třením a ztrátami.

Motory, které se snadno točí a odebírají malý proud naprázdno, mají tendenci být nejpřívětivějšími generátory, což je jeden z důvodů, proč v katalogu udržujeme energeticky úsporné kartáčované designy. Chovají se předvídatelně, když energie proudí opačným směrem, a jejich nižší ztráty zanechávají více úsilí v obvodu spíše než ve vinutí.

RS-540 kartáčovaný DC motor s dlouhou životností pro vysavače Odolný kartáčovaný motor s permanentními magnety s předvídatelným chováním při nízké zátěži, užitečný tam, kde záleží na dlouhé životnosti a obousměrném toku energie. Zobrazit produkt →

Chyby, které chytnou lidi ven

• Očekává se, že jakýkoli motor bude fungovat. Stínovaný pól nebo třífázový indukční motor nebude produkovat užitečný výstup bez externího buzení.
• Otáčení příliš pomalu. Napětí je úměrné rychlosti, takže klidná klika vám nedá téměř nic.
• Zapomněl jsem opravit střídavý motor. Třífázový střídavý proud přiváděný do svorek baterie je dobrý způsob, jak něco poškodit.
• Ponechání původního ovladače připojeného. Zpětné napájení měniče přes jeho vlastní koncový stupeň zřídka končí dobře.
• Ignorování opotřebení kartáče. Kartáče jsou spotřební materiál a nepřetržité generování je pro ně těžší než příležitostné použití motoru.
• Přetížení hlavního hybatele. Proud je úměrný točivému momentu, takže silně zatížený generátor může zastavit turbínu, která jej pohání.
• Důvěřovat napětí naprázdno. Není to pracovní napětí; změřte pod zatížením, než navrhnete kolem čísla.

Kde se motor jako generátor již vyskytuje ve skutečných produktech

Rekuperační brzdění je ve výrobní podobě motor jako generátor. Když elektrické vozidlo zpomalí, když akumulátorová vrtačka uvolní spoušť, a když robotické rameno zpomalí, ovladač nechá stroj působit jako brzda a tlačí rekuperovanou energii zpět do bloku. V robotice je to rutina a stejné klouby, které řídí průmyslové roboty dodáváme motory, které část každého cyklu stráví spíše generováním než spotřebou.

Takové aplikace potřebují motory, které tolerují tisíce změn směru bez dramatu, což je přesně to, k čemu jsou broušené konstrukce naší řady robotů s hladkým chodem stavěny.

RS-785SL kartáčovaný DC motor pro čističe spár Nízkohlučný kartáčovaný motor s permanentními magnety stavěný pro opakované změny směru, vhodný pro nástroje a experimenty s malými generátory, které vyžadují spolehlivý výkon. Zobrazit produkt →

V menším měřítku se generace objevuje v ručních svítilnách a rádiích, natahovacích svítilnách, malých větrných turbínách, mikro-hydro sestavách, rotopedech a získávání energie ze dveří, turniketů a prodejních mechanismů. Žádný z nich nepotřebuje účelový generátor. Potřebují motor s permanentními magnety, rozumný převodový poměr nebo přizpůsobení otáček a usměrňovač, kde výstup musí být stejnosměrný.

Poslední slovo, než roztočíš hřídel

Mikromotory stejnosměrného proudu vyrábíme od roku 1988, což znamená, že jsme sledovali, jak velké množství z nich skončí na straně generování obvodu, někdy záměrně a někdy náhodou. Pokud pracujete na produktu, kde musí pohánět a generovat jeden motor, sdělte nám napětí, otáčky, točivý moment a pracovní cyklus, které máte na mysli, a my vám pomůžeme zúžit možnosti, ať už se jedná o standardní kartáčovaný model, bezkomutátorové provedení nebo převodovou jednotku.

Pokud byste chtěli nejprve vidět, jak se tyto motory chovají v reálném zařízení, náš přehled nejběžnější aplikace kartáčového stejnosměrného motoru je dobré místo, kde začít.