hvordan kan en jævnstrømsmotor bruges som generator: Praktiske applikationer, udvælgelse, ydeevne

Et sted i en skuffe står der en lille jævnstrømsmotor og venter på et job, reddet fra et ødelagt legetøj, en håndventilator eller en gammel printer. Du har læst, at den også kan køre baglæns som en generator, og nu vil du gerne vide, om det virkelig er rigtigt, og hvordan du gør det ordentligt.

Kort svar: ja, og der er ikke noget trick involveret. En permanent-magnet DC-motor og en permanent-magnet DC-generator er den samme maskine, kun beskrevet fra modsatte ender. Vi har bygget mikro-DC-motorer i Yuyao siden 1988, og generatorspørgsmålet dukker op konstant, lige fra studerende, der kobler en lille vindmølle til ingeniører, der tilføjer en mulighed for håndsving. Her er hvad der faktisk betyder noget.

Hvorfor en DC-motor kan bruges som en generator

Energiomsætning inde i en DC-maskine er symmetrisk. Skub strøm gennem en spole, der sidder i et magnetfelt, og spolen skubbes sidelæns, så rotoren drejer. Drej den samme rotor i stedet, og spolen fejer gennem feltet, den magnetiske flux, der forbinder den, ændres, og en spænding vises over terminalerne. Det er Faradays lov om induktion, der gør præcis, hvad den gør i enhver generator, der nogensinde er bygget.

Det, der gør en børstet jævnstrømsmotor så praktisk, er dens kommutator. Inde i armaturet er den inducerede spænding vekslende, fordi hver spole passerer under en nordpol og derefter en sydpol. Kommutatoren skifter forbindelsen til omverdenen på det helt rigtige tidspunkt, så de to terminaler holder en fast polaritet. Det er en mekanisk ensretter, og det er grunden til, at en børstet motor giver dig DC uden en eneste elektronisk komponent.

Den pæne del er, at et nummer udfører to opgaver. Spændingskonstanten, der fortæller dig, hvor hurtigt en motor snurrer pr. volt, fortæller dig også, hvor meget spænding den producerer pr. omdrejning. En motor, der er normeret til 12 V og 6.000 rpm uden belastning, vil generere omkring 12 V, når noget andet spinder den op til 6.000 rpm.

Børstet eller børsteløst: Hvad kommer ud af ledningerne

Begge familier kan generere, men de giver dig forskellig elektricitet, og den forskel afgør, hvor meget arbejde resten af dit kredsløb skal udføre.

Børstede DC-motorer leverer jævnstrøm

Drej akslen, og DC vises ved terminalerne, med en krusning på toppen fra kommuteringen. To ledninger, intet andet påkrævet, og et multimeter viser en aflæsning med det samme.

Børsteløse jævnstrømsmotorer leverer trefaset vekselstrøm

I en børsteløs motor sidder viklingerne i statoren, og magneterne roterer, så drejning af akslen inducerer en trefaset spænding på statorledningerne, trapezformet i en typisk BLDC og sinusformet i en PMSM. Intet retter op på det mekanisk, så du skal bruge en trefaset bro plus en udjævningskondensator eller en controller, der understøtter aktiv ensretning, før den energi kan oplade et batteri.

Forvandling af en motor til en generator, trin for trin

De fleste starter med den motor, der allerede er på bænken, og det er en helt god tilgang. De små børstede motorer, der bruges i legetøj og håndholdte apparater, er det klassiske valg til et første vindmølle- eller håndsving-eksperiment, fordi de indeholder permanente magneter og producerer en læsbar spænding ved kun et par hundrede omdrejninger i minuttet.

RS-977 højhastigheds børstet jævnstrømsmotor til plæneklippere En permanent-magnet børstet motor, der tilbyder højhastighedsoutput og stabil belastningskapacitet, relevant ved matchning af spænding til rpm i små bygninger. Se produkt →

1. Start med den rigtige maskine. Den skal have permanente magneter. En børstet permanentmagnetmotor fra et legetøj, blæser eller printer er kvalificeret, og det samme gør en børsteløs motor. Induktions- og sårfeltmaskiner fungerer ikke på samme måde.
2. Afbryd elektronikken. Hvis motoren kom med et driverkort, hastighedsregulator eller batteripakke, skal du isolere det. Du vil have de rå motorterminaler.
3. Koble akslen til en drivkraft. En håndsving, propel, vandhjul eller turbine duer, så længe den drejer akslen støt.
4. Mål tomgangsspændingen. Indstil et multimeter til DC volt for en børstet motor og AC volt for en børsteløs, og drej derefter i hånden og se aflæsningen følge din hastighed.
5. Bemærk volt pr. rpm. Spin ved en kendt hastighed, optag spændingen, og du har den konstant, du skal bruge for at dimensionere alt andet.
6. Ret evt. Trefaset bro og kondensator til en børsteløs motor; en kondensator på tværs af terminalerne er normalt nok til en børstet, plus en blokeringsdiode, hvis du fodrer et batteri.
7. Tilføj en belastning og mål igen. Forvent, at spændingen falder, fordi strømmen, der løber gennem viklingsmodstanden, altid koster dig volt.
8. Hold øje med varme og børstebuedannelse. Hvis motoren bliver varm, trækker du mere strøm, end den kan afgive.

Hvor meget spænding og effekt kan du realistisk få?

Spænding skalerer med hastighed næsten lineært, hvilket gør regnestykket let. Divider den nominelle spænding med tomgangshastigheden, og du får generatoren konstant. For en typisk mikromotor lander konstanten et sted mellem en og tre volt pr. tusinde rpm, hvorfor et doven håndsving producerer en volt eller to, mens en turbine, der snurrer med et par tusind rpm, kan nå motorens nominelle spænding.

Åben kredsløbsspænding er det optimistiske tal. Så snart strømmen løber, falder terminalspændingen med strømmen ganget med viklingsmodstanden. På en lille motor kan armaturmodstanden være et par ohm, så det kan koste flere volt at trække en forstærker. Mål igen med belastningen tilsluttet; det er den figur, dit kredsløb faktisk ser.

Effekt følger moment. Den strøm, en generator leverer, er proportional med det moment, der påføres akslen, så en svag drivmotor ved lav hastighed giver dig spænding med næsten ingen strøm bagved. Som en grov guide returnerer en lille børstet motor, der drives med en anstændig brøkdel af dens nominelle hastighed, et sted mellem halvdelen og tre fjerdedele af den mekaniske kraft, du sætter ind, med viklingsmodstand, børstefald, lejefriktion og jerntab, der tager resten.

Valg af motor til generatordrift

Hvis du vælger en motor, der specifikt skal genereres, skal du kigge forbi nummeret på etiketten og tjekke en håndfuld karakteristika i stedet.

• Permanente magneter, uden undtagelse. Ferrit eller sjældne jordarters magneter giver dig excitationsfeltet gratis, hvilket er det, der gør generering mulig i en så lille maskine.
• Lav viklingsmodstand, så mindre af dit mekaniske input bliver til varme i kobberet.
• Lav tomgangsstrøm og blid tandhjul, fordi glatte armaturer begynder at dreje med mindre indsats, når en let brise eller en håndsving er din primus motor.
• En hastighedsvurdering, der passer til din køretur. Da spændingen stiger med omdrejninger i minuttet, har en hurtigere motor brug for færre omdrejninger for at nå et nyttigt output.
• En gearkasse, brugt med omtanke. Ved normal drift bytter en gearmotor hastighed for drejningsmoment; i generation kan du køre den omvendt og lade et langsomt vandhjul dreje motorakslen meget hurtigere, så længe du accepterer den ekstra friktion og tab.

Motorer, der drejer let og trækker lidt strøm uden belastning, har en tendens til at lave de hyggeligste generatorer, hvilket er en del af grunden til, at vi har energibesparende børstede designs i kataloget. De opfører sig forudsigeligt, når energien flyder den anden vej, og deres lavere tab efterlader mere af din indsats i kredsløbet i stedet for i viklingerne.

RS-540 Børstet DC-motor med lang levetid til støvsugere En holdbar børstet permanentmagnetmotor med forudsigelig lavbelastningsadfærd, nyttig, hvor lang levetid og tovejs energiflow betyder noget. Se produkt →

Fejl, der fanger folk

• Forventer, at enhver motor virker. En skraveret-polet eller trefaset induktionsmotor vil ikke producere nyttigt output uden ekstern excitation.
• Spinder for langsomt. Spændingen er proportional med hastigheden, så en afslappet håndsving giver dig næsten ingenting.
• Glemte at rette op på en børsteløs motor. Trefaset AC, der føres ind i batteriterminalerne, er en god måde at beskadige noget på.
• Efterlader den originale controller tilsluttet. At tilbageføde en chauffør gennem sit eget outputtrin ender sjældent godt.
• Ignorerer børsteslid. Børster er forbrugsstoffer, og kontinuerlig generering er sværere for dem end lejlighedsvis motorbrug.
• Overbelastning af drivmotoren. Strømmen er proportional med drejningsmomentet, så en tungt belastet generator kan standse turbinen, der driver den.
• Tillid til åben kredsløbsspænding. Det er ikke arbejdsspændingen; mål under belastning, før du designer omkring et tal.

Hvor Motor-as-Generator allerede sker i rigtige produkter

Regenerativ bremsning er motor-som-generator i produktionsform. Når et elektrisk køretøj sænker farten, når en batteridrevet boremaskine slipper sin udløser, og når en robotarm bremser, lader controlleren maskinen fungere som en bremse og skubber genvundet energi tilbage i pakken. I robotteknologi er dette rutine, og de samme led, der driver industrirobotter vi leverer motorer til at bruge en del af hver cyklus på at generere frem for at forbruge.

Sådanne applikationer har brug for motorer, der tolererer tusindvis af retningsændringer uden dramatik, hvilket er præcis, hvad de jævnt kørende børstede designs i vores robotserie er bygget til.

RS-785SL børstet jævnstrømsmotor til fugerensere En støjsvag børstet permanentmagnetmotor bygget til gentagne retningsændringer, velegnet til værktøjer og små generatoreksperimenter, der kræver pålideligt output. Se produkt →

I mindre skala dukker generation op i håndsvingede lommelygter og radioer, optræksbrændere, små vindmøller, mikro-hydro opsætninger, motionscykler og energihøst fra døre, drejekorser og salgsmekanismer. Ingen af ​​disse har brug for en specialbygget generator. De har brug for en permanentmagnetmotor, et fornuftigt gearforhold eller hastighedsmatch og en ensretter, hvor udgangen skal være DC.

Et sidste ord, før du drejer det skaft

Vi har lavet mikro-DC-motorer siden 1988, hvilket betyder, at vi har set rigtig mange af dem ende på den genererende side af kredsløbet, nogle gange ved design og nogle gange ved et uheld. Hvis du arbejder på et produkt, hvor én motor skal drive og generere, så fortæl os den spænding, hastighed, drejningsmoment og driftscyklus, du har i tankerne, og vi hjælper dig med at indsnævre mulighederne, uanset om det viser sig at være en standard børstet model, et børsteløst design eller en gearet enhed.

Hvis du gerne vil se, hvordan disse motorer opfører sig i rigtigt udstyr først, er vores oversigt over mest almindelige børste DC-motorapplikationer er et godt sted at starte.