Как да използваме постояннотокови двигатели като генератори
Както четките, така и безчетковите двигатели за постоянен ток също могат да се експлоатират като генератори. Има обаче някои важни моменти, които трябва да се вземат предвид при проектирането на задвижването.
Фиг. 1 Характеристики на напрежение и ток на различни намотки на мотора RE 40 DC с четки от благороден метал при 500 об/мин. Обърнете внимание на различната стъпка на всяка намотка. Изображение: maxon
Подходящи ли са и двигателите с постоянен ток като генератори? Краткият отговор е да! Моторите maxon са с висока ефективност - дори в режим на генератор. Основните връзки между скоростта и напрежението и между тока и въртящия момент също са много прости. Следват някои правила за успешен избор на правилното задвижване за работа на генератора.
DC или AC напрежение?
За да генерирате постояннотоково напрежение, изберете мотор с постоянен ток или използвайте безчетков DC (EC) двигател с токоизправител!
За да генерирате променливо напрежение, изберете безчетков постояннотоков двигател и свържете само две фази! Датчици на Хол не са необходими.
Константа на скоростта kn
Генераторите често работят със скорост от 1000 оборота в минута или по-малко. Това е много ниска скорост за нашите малки постояннотокови двигатели. За да генерирате 10 V или повече при 1000 об/мин, ви е необходима константа на скоростта от 100 об/мин или V или по-малка. Съответните намотки не са лесни за намиране в портфолиото на мотор maxon. Само няколко намотки с висока устойчивост в по-големите двигатели отговарят на това изискване. За разлика от тях, по-малките двигатели имат по-високи константи на скоростта.
Таблица 1 показва избор на двигатели с константа с ниска скорост (или висока константа на генератора = генерирано напрежение на скорост).
Таблица 1 Избор на двигатели с константи с ниска скорост.
Обикновено само намотката на двигателя с най-голямо съпротивление има константа на скоростта по-малка от 100 об/мин.
Без да се отчита натоварването, намотката на двигателя трябва да има константа на скоростта
или имат по-малки.
Като алтернатива, скоростта на двигателя може да се увеличи и от скоростна кутия (виж по-долу).
съпротива
Правило 2 изисква мотори с висока генераторна константа. За съжаление тези намотки също имат висока устойчивост. Високото съпротивление намалява изходното напрежение под товар и изходното напрежение е чувствително към тока на товара.
За да получите стабилно напрежение при голям обхват на натоварване, изберете голям DC двигател, където съпротивлението е относително ниско - дори при голяма константа на генератора!
Безчетковите двигатели EC-i 40 с голям въртящ момент от maxon са много интересни в това отношение.
Ограничения на производителността
Генераторът на двигателя не трябва да се избира само въз основа на неговите характеристики. За да се отговори на изискванията за въртящ момент, често е необходимо да се използва двигател с много по-висока мощност от необходимата. Особено когато скоростта е доста ниска в сравнение с типичните обороти на двигателя.
Ограничения по отношение на въртящия момент и скоростта
Въртящият момент на задвижването определя размера и вида на генератора на двигателя. Двигателят изисква непрекъснат въртящ момент, който е по-висок от въртящия момент на генератора. Режимът на работа трябва да се вземе предвид при определяне на въртящия момент или тока на товара. Работи ли генераторът непрекъснато дълго време, с периодични работни цикли или само за кратки интервали? Съответно, имате нужда от двигател с постоянен ток с достатъчен постоянен въртящ момент или непрекъснат ток. Трябва да се спазва и ограничението на оборотите на двигателя. Това обаче обикновено не е предизвикателство поради доста ниските скорости.
Ограничения по отношение на тока и напрежението
Правилната намотка за даден тип двигател е резултат от изискванията за ток и генерирано напрежение. Намотката трябва да може да генерира необходимото напрежение U дори под товар. Ако приемем фиксирана скорост на генератора n, генерираното напрежение Ut на намотката трябва да е по-голямо от U:
Без да се взема предвид тока на товара, константата на скоростта се избира съгласно правило 2: Следователно намотката се нуждае от достатъчно високо съпротивление. Тъй като разрешените токове намаляват с увеличаване на съпротивлението, трябва да проверите дали непрекъснатият ток все още е достатъчен.
Фигура 1 показва много добре противоположните ефекти на различни намотки:
Колкото по-голямо е съпротивлението на намотката, толкова по-високо е генерираното напрежение (без товар).
Но: колкото по-голямо е съпротивлението на намотката, толкова по-чувствително е изходното напрежение към промените в тока.
Тези противоположни ефекти могат да бъдат избегнати до известна степен, като се изберат по-големи двигатели, които имат по-малки съпротивления за една и съща генераторна константа (съгласно правило 3).
Комбинации скоростна кутия-мотор
Използвайте предавки, за да увеличите много ниски скорости! Максималните моторни редуктори обаче са само частично подходящи за предавателни числа при по-високи скорости. Най-подходящи са редукторите, които могат да бъдат обърнати: Така че планетарните редуктори с един или два етапа, както и редукторните редуктори (или специални конструкции).
Причини за използване на комбинации зъбно-моторни двигатели са често много бавните задвижващи механизми в генераторите; защото се задвижват например от вятър, вода или на ръка. Някои забележителни аспекти и препоръки:
В тези случаи редукторите се задвижват от изходната страна. Въпреки това, редукторите maxon не са специално проектирани за задно въртене и ефективността е доста скромна.
Високите редуктори (три степени и по-високи) не могат да се обменят; така че те не се въртят, когато са задвижвани с максимален непрекъснат въртящ момент. Едно или двустепенни планетни зъбни колела са по-подходящи. Те обикновено могат да бъдат задвижвани от страната на изхода.
Зъбните колела са още по-добри. Те могат да бъдат върнати много по-лесно и ефективността в тази посока е по-висока.
Специален случай: DC мотор като DC тахометър
За DC скоростомери използвайте DC двигатели с четки от благородни метали. Изберете намотката според необходимото тахо напрежение и диапазона на скоростта на вашето приложение! Тук съпротивлението на намотката няма значение, докато съпротивлението на натоварването е няколко kW и токовете са съответно малки.