Як використовувати двигуни постійного струму як генератори
Як матові, так і безщіточні двигуни постійного струму також можуть працювати як генератори. Однак при проектуванні приводу слід враховувати кілька важливих моментів.
Рис. 1 Вольт-амперні характеристики різних обмоток двигуна постійного струму RE 40 зі щітками з дорогоцінних металів при 500 об/хв. Зверніть увагу на різний крок кожної обмотки. Зображення: maxon
Чи підходять двигуни постійного струму також як генератори? Коротка відповідь - так! Двигуни maxon мають високу ефективність - навіть у режимі генератора. Основні взаємозв'язки між швидкістю та напругою, а також між струмом та крутним моментом також дуже прості. Нижче наведено деякі правила успішного вибору правильного приводу для роботи генератора.
Постійна або змінна напруга?
Щоб генерувати напругу постійного струму, виберіть електродвигун постійного струму з щіткою або використовуйте безщітковий двигун постійного струму (ЕС) із випрямлячем напруги!
Щоб генерувати змінну напругу, виберіть безщітковий двигун постійного струму і контактуйте лише з двома фазами! Датчики Холла не потрібні.
Постійна швидкість kn
Генератори часто працюють зі швидкістю 1000 об/хв або менше. Для наших невеликих двигунів постійного струму це дуже низька швидкість. Щоб генерувати 10 В або більше при 1000 об/хв, вам потрібна константа швидкості 100 об/хв або менше. Відповідні обмотки непросто знайти в асортименті двигуна maxon. Лише кілька обмоток з високим опором у великих двигунах відповідають цій вимозі. На відміну від них, менші двигуни мають вищі константи швидкості.
У таблиці 1 представлений вибір двигунів з низькою константою швидкості (або високою константою генератора = генерована напруга на швидкість).
Таблиця 1 Вибір двигунів з низькими константами швидкості.
Зазвичай лише обмотка двигуна з найбільшим опором має константу швидкості менше 100 об/хв.
Не враховуючи навантаження, обмотка двигуна повинна мати постійну швидкість
або менше.
Як альтернативу, частоту обертання двигуна можна також збільшити за допомогою коробки передач (див. Нижче).
опір
Правило 2 вимагає двигунів з високою константою генератора. На жаль, ці обмотки також мають високий опір. Високий опір зменшує вихідну напругу під навантаженням, а вихідна напруга чутлива до струму навантаження.
Щоб отримати стабільну напругу при великому діапазоні навантажень, виберіть великий двигун постійного струму, де опір відносно низький - навіть при великій постійній генераторній!
Безщіткові двигуни EC-i 40 з високим крутним моментом від maxon дуже цікаві в цьому плані.
Обмеження продуктивності
Генератор двигуна слід вибирати не лише виходячи з його продуктивності. Для того, щоб задовольнити вимоги до крутного моменту, часто доводиться використовувати двигун з набагато більшою потужністю, ніж необхідна. Особливо, коли швидкість досить низька порівняно із типовими оборотами двигуна.
Обмеження щодо крутного моменту та швидкості
Крутний момент приводу визначає розмір і тип генератора двигуна. Двигун вимагає постійного крутного моменту, який перевищує крутний момент генератора. При визначенні крутного моменту або струму навантаження необхідно враховувати режим роботи. Чи працює генератор безперервно протягом тривалого часу, з переривчастими робочими циклами або лише через короткі проміжки часу? Відповідно, вам потрібен двигун постійного струму з достатнім постійним крутним моментом або безперервним струмом. Також слід дотримуватися обмеження частоти обертання двигуна. Однак із-за досить низьких швидкостей це, як правило, не складне завдання.
Межі щодо струму та напруги
Правильна обмотка для даного типу двигуна обумовлена вимогами до струму та генерованої напруги. Обмотка повинна мати можливість генерувати необхідну напругу U навіть під навантаженням. Припускаючи фіксовану швидкість генератора n, генерована напруга Ut обмотки повинна бути більше U:
Без урахування струму навантаження постійну швидкість вибирають згідно з правилом 2: Отже, обмотка потребує досить високого опору. Оскільки дозволені струми зменшуються із збільшенням опору, слід перевірити, чи достатній постійний струм.
На малюнку 1 дуже добре показано протилежні ефекти різних обмоток:
Чим вище опір обмотки, тим вища напруга (без навантаження).
Але: чим вище опір обмотки, тим чутливіша вихідна напруга до змін струму.
Цього протилежного ефекту можна уникнути певною мірою, вибираючи великі двигуни, що мають менший опір для однієї і тієї ж постійної генератора (згідно з правилом 3).
Комбінації коробки передач і двигуна
Використовуйте передачі для збільшення дуже низьких швидкостей! Однак редуктори двигуна maxon лише частково підходять для передавальних відношень на більш високих швидкостях. Найкраще підходять редуктори, які можна реверсувати: тобто планетарні редуктори з однією або двома ступенями, а також циліндричні редуктори (або спеціальні конструкції).
Причинами використання комбінацій редуктор-двигун є часто дуже повільні механізми приводу в генераторах; тому що ними керує, наприклад, вітер, вода або вручну. Деякі варті уваги аспекти та рекомендації:
У цих випадках редуктори приводяться з вихідної сторони. Однак редуктори maxon спеціально не розроблені для зворотного обертання, а ефективність досить скромна.
Високі редуктори (три ступені та вище) не можна змінити назад; тому вони не обертаються, коли рухаються з максимальним постійним крутним моментом. Більш підходять одне або двоступеневі планетарні передачі. Зазвичай вони можуть рухатися з боку виходу.
Шестерні ще краще. Їх можна повернути набагато легше, а ефективність у цьому напрямку вища.
Особливий випадок: двигун постійного струму як тахометр постійного струму
Для спідометрів постійного струму використовують двигуни постійного струму з щітками з дорогоцінних металів. Виберіть обмотку відповідно до необхідної напруги тахо та діапазону швидкостей вашого застосування! Опір обмотки тут не має значення, якщо опір навантаження становить кілька кВт і струми відповідно малі.