hvordan kan en likestrømsmotor brukes som generator: praktiske bruksområder, utvalg, ytelse

Et sted i en skuff ligger det en liten likestrømsmotor som venter på en jobb, reddet fra et ødelagt leketøy, en håndvifte eller en gammel skriver. Du har lest at den også kan kjøre baklengs som en generator, og nå vil du vite om det virkelig er sant og hvordan du gjør det riktig.

Kort svar: ja, og det er ikke noe triks involvert. En permanent-magnet DC-motor og en permanent-magnet DC-generator er samme maskin, kun beskrevet fra motsatte ender. Vi har bygget mikro-DC-motorer i Yuyao siden 1988, og generatorspørsmålet dukker opp hele tiden, fra studenter som kobler til en liten vindturbin til ingeniører som legger til et ladealternativ for håndsveiv. Her er det som faktisk betyr noe.

Hvorfor en likestrømsmotor kan brukes som en generator

Energikonvertering inne i en DC-maskin er symmetrisk. Skyv strøm gjennom en spole som sitter i et magnetfelt og spolen skyves sidelengs, slik at rotoren snur. Vri den samme rotoren i stedet og spolen sveiper gjennom feltet, den magnetiske fluksen som forbinder den endres, og en spenning vises over terminalene. Det er Faradays lov om induksjon som gjør akkurat det den gjør i hver eneste generator som noen gang er bygget.

Det som gjør en børstet likestrømsmotor så praktisk er kommutatoren. Inne i armaturet er den induserte spenningen vekslende, fordi hver spole passerer under en nordpol og deretter en sørpol. Kommutatoren bytter forbindelsen til omverdenen i nøyaktig rett øyeblikk, slik at de to terminalene holder en fast polaritet. Det er en mekanisk likeretter, og det er grunnen til at en børstet motor gir deg DC uten en eneste elektronisk komponent.

Det fine er at ett nummer gjør to jobber. Spenningskonstanten som forteller deg hvor fort en motor snurrer per volt forteller deg også hvor mye spenning den produserer per omdreining. En motor med 12 V og 6000 rpm uten belastning vil generere omtrent 12 V når noe annet spinner den opp til 6000 rpm.

Børstet eller børsteløst: Det som kommer ut av ledningene

Begge familiene kan generere, men de gir deg forskjellig strøm, og den forskjellen avgjør hvor mye arbeid resten av kretsen din må gjøre.

Børstede likestrømsmotorer leverer likestrøm

Snurr akselen og DC vises ved terminalene, med en krusning på toppen fra kommuteringen. To ledninger, ingenting annet kreves, og et multimeter viser en avlesning umiddelbart.

Børsteløse DC-motorer leverer trefaset vekselstrøm

I en børsteløs motor sitter viklingene i statoren og magnetene roterer, så spinning av akselen induserer en trefasespenning på statorledningene, trapesformet i en typisk BLDC og sinusformet i en PMSM. Ingenting retter det opp mekanisk, så du trenger en trefasebro pluss en utjevningskondensator, eller en kontroller som støtter aktiv retting, før den energien kan lade et batteri.

Gjør om en motor til en generator, trinn for trinn

De fleste starter med den motoren som allerede er på benken, og det er en helt grei tilnærming. De små børstede motorene som brukes i leker og håndholdte apparater er det klassiske valget for et første vindturbin- eller håndsveiv-eksperiment, fordi de inneholder permanente magneter og produserer en lesbar spenning ved bare noen få hundre o/min.

RS-977 høyhastighets børstet likestrømsmotor for gressklippere En permanent-magnet børstet motor som tilbyr høyhastighets utgang og stabil belastningskapasitet, relevant når du matcher spenning til rpm i små bygg. Se produkt →

1. Start med riktig maskin. Den må ha permanente magneter. En børstet permanentmagnetmotor fra et leketøy, vifte eller skriver kvalifiserer, og det samme gjør en børsteløs motor. Induksjons- og sårfeltmaskiner fungerer ikke på samme måte.
2. Koble fra elektronikken. Hvis motoren kom med et driverkort, hastighetskontroller eller batteripakke, isoler den. Du vil ha råmotorterminalene.
3. Koble akselen til en drivkraft. En håndsveiv, propell, vannhjul eller turbin holder, så lenge den dreier akselen jevnt.
4. Mål åpen kretsspenning. Still et multimeter til DC volt for en børstet motor og AC volt for en børsteløs, og snurr deretter for hånd og se avlesningen følge hastigheten din.
5. Legg merke til volt per rpm. Spinn med kjent hastighet, registrer spenningen, og du har konstanten du trenger for å dimensjonere alt annet.
6. Rett opp om nødvendig. Trefasebro og kondensator for børsteløs motor; en kondensator på tvers av terminalene er vanligvis nok for en børstet en, pluss en blokkeringsdiode hvis du mater et batteri.
7. Legg til en last og mål på nytt. Forvent at spenningen synker, fordi strømmen som flyter gjennom viklingsmotstanden alltid koster deg volt.
8. Se etter varme og børstebue. Hvis motoren går varm, trekker du mer strøm enn den kan avgi.

Hvor mye spenning og kraft kan du få?

Spenning skalerer med hastighet nesten lineært, noe som gjør regnestykket enkelt. Del merkespenningen på tomgangshastigheten og du får generatoren konstant. For en typisk mikromotor lander konstanten et sted mellom én og tre volt per tusen rpm, og det er derfor en lat håndsveiv produserer en volt eller to mens en turbin som snurrer med noen tusen rpm kan nå motorens merkespenning.

Åpen kretsspenning er det optimistiske tallet. Så snart strømmen flyter, synker terminalspenningen med strømmen multiplisert med viklingsmotstanden. På en liten motor kan armaturmotstanden være noen få ohm, så å trekke en forsterker kan koste flere volt. Mål igjen med lasten tilkoblet; det er figuren din krets faktisk ser.

Kraft følger dreiemoment. Strømmen en generator leverer er proporsjonal med dreiemomentet som påføres akselen, så en svak drivmotor ved lav hastighet gir deg spenning med nesten ingen strøm bak seg. Som en grov veiledning returnerer en liten børstet motor drevet med en anstendig brøkdel av nominell hastighet et sted mellom halvparten og tre fjerdedeler av den mekaniske kraften du legger inn, med viklingsmotstand, børstefall, lagerfriksjon og jerntap som tar resten.

Velge en motor for generatordrift

Hvis du velger en motor spesielt for å generere, se forbi nummeret på etiketten og sjekk en håndfull egenskaper i stedet.

• Permanente magneter, uten unntak. Ferritt- eller sjeldne jordartsmagneter gir deg eksitasjonsfeltet gratis, som er det som gjør generering mulig i en så liten maskin.
• Lav viklingsmotstand, så mindre av den mekaniske inngangen din blir til varme i kobberet.
• Lav tomgangsstrøm og skånsom kugging, fordi jevne armaturer begynner å dreie med mindre anstrengelse når en lett bris eller en håndsveiv er drivkraften din.
• En hastighetsvurdering som passer din kjøretur. Siden spenningen stiger med rpm, trenger en raskere motor færre omdreininger for å oppnå en nyttig effekt.
• En girkasse, brukt med omtanke. Ved normal drift bytter en girmotor hastighet for dreiemoment; i generasjon kan du kjøre den omvendt, la et sakte vannhjul spinne motorakselen mye raskere, så lenge du aksepterer den ekstra friksjonen og tapene.

Motorer som snurrer lett og trekker lite strøm uten belastning har en tendens til å lage de vennligste generatorene, noe som er en del av grunnen til at vi har energisparende børstet design i katalogen. De oppfører seg forutsigbart når energien flyter den andre veien, og deres lavere tap etterlater mer av innsatsen din i kretsen i stedet for i viklingene.

RS-540 Børstet DC-motor med lang levetid for støvsugere En slitesterk, børstet permanentmagnetmotor med forutsigbar lavbelastningsadferd, nyttig der lang levetid og toveis energiflyt betyr noe. Se produkt →

Feil som fanger folk ut

• Forventer at enhver motor skal fungere. En skyggelagt pol eller trefase induksjonsmotor vil ikke produsere nyttig effekt uten ekstern eksitasjon.
• Spinner for sakte. Spenningen er proporsjonal med hastigheten, så en rolig sveiv gir deg nesten ingenting.
• Glemte å rette opp en børsteløs motor. Trefaset AC matet inn i batteripolene er en god måte å skade noe på.
• La den originale kontrolleren være tilkoblet. Å tilbakemate en sjåfør gjennom sitt eget utgangstrinn ender sjelden godt.
• Ignorerer børsteslitasje. Børster er forbruksvarer, og kontinuerlig generering er vanskeligere for dem enn sporadisk bruk av motor.
• Overbelastning av drivmotoren. Strøm er proporsjonal med dreiemoment, så en tungt belastet generator kan stoppe turbinen som driver den.
• Stoler på åpen kretsspenning. Det er ikke arbeidsspenningen; mål under belastning før du designer rundt et tall.

Der Motor-as-Generator allerede skjer i ekte produkter

Regenerativ bremsing er motor-som-generator i produksjonsform. Når et elektrisk kjøretøy senker farten, når en batteridrevet drill slipper utløseren, og når en robotarm bremser, lar kontrolleren maskinen fungere som en brems og skyver gjenvunnet energi tilbake i pakken. I robotikk er dette rutine, og de samme leddene som driver industriroboter vi leverer motorer for å bruke deler av hver syklus på å generere i stedet for å forbruke.

Slike applikasjoner trenger motorer som tåler tusenvis av retningsendringer uten dramatikk, noe som er nøyaktig hva de jevntgående børstede designene i robotserien vår er bygget for.

RS-785SL børstet likestrømsmotor for fugerensere En støysvak børstet permanentmagnetmotor bygget for gjentatte retningsendringer, egnet for verktøy og små generatoreksperimenter som trenger pålitelig utgang. Se produkt →

I mindre skala dukker generasjonen opp i håndsveivde lommelykter og radioer, opptrekkslykter, små vindturbiner, mikro-hydro-oppsett, treningssykler og energiutvinning fra dører, svingkorser og salgsmekanismer. Ingen av disse trenger en spesialbygd generator. De trenger en permanentmagnetmotor, et fornuftig girforhold eller hastighetsmatch, og en likeretter der utgangen må være DC.

Et siste ord før du spinner det skaftet

Vi har laget mikro-DC-motorer siden 1988, noe som betyr at vi har sett veldig mange av dem havne på generasjonssiden av kretsen, noen ganger ved design og noen ganger ved et uhell. Hvis du jobber med et produkt der én motor må drive og generere, fortell oss spenningen, hastigheten, dreiemomentet og driftssyklusen du har i tankene, så hjelper vi deg med å begrense alternativene, enten det viser seg å være en standard børstet modell, en børsteløs design eller en girenhet.

Hvis du ønsker å se hvordan disse motorene oppfører seg i ekte utstyr først, vår oversikt over mest vanlige børste DC-motorapplikasjoner er et bra sted å starte.