Ako používať jednosmerné motory ako generátory
Kartáčové aj bezkartáčové jednosmerné motory je možné prevádzkovať aj ako generátory. Pri návrhu disku je však potrebné vziať do úvahy niekoľko dôležitých bodov.
Obrázok 1 Napäťovo-prúdové charakteristiky rôznych vinutí jednosmerného motora RE 40 s kefami z drahých kovov pri 500 otáčkach za minútu. Všimnite si rozdielnu výšku každého vinutia. Obrázok: maxon
Sú jednosmerné motory vhodné aj ako generátory? Krátka odpoveď je áno! Motory maxon sú vysoko účinné - dokonca aj v režime generátora. Základné vzťahy medzi rýchlosťou a napätím a medzi prúdom a krútiacim momentom sú tiež veľmi jednoduché. Nasleduje niekoľko pravidiel pre úspešný výber správneho pohonu pre prevádzku generátora.
Jednosmerné alebo striedavé napätie?
Na generovanie jednosmerného napätia zvoľte jednosmerný motor s kartáčmi alebo použite jednosmerný (EC) motor s jednosmerným napätím a usmerňovačom napätia!
Pre generovanie striedavého napätia zvoľte jednosmerný motor s jednosmerným prúdom a kontaktujte iba dve fázy! Hallove snímače nie sú potrebné.
Rýchlostná konštanta kn
Generátory často pracujú pri otáčkach 1 000 ot./min alebo menej. Pre naše malé jednosmerné motory je to veľmi nízka rýchlosť. Ak chcete generovať 10 V alebo viac pri 1 000 ot./min, potrebujete konštantu otáčok 100 ot./min. Alebo menej. Zodpovedajúce vinutia nie je ľahké nájsť v portfóliu motorov maxon. Túto požiadavku spĺňa iba niekoľko vysokoodporových vinutí vo väčších motoroch. Naproti tomu menšie motory majú vyššie rýchlostné konštanty.
Tabuľka 1 ukazuje výber motorov s konštantou nízkej rýchlosti (alebo s vysokou konštantou generátora = generované napätie na rýchlosť).
Tabuľka 1 Výber motorov s konštantami nízkych otáčok.
Zvyčajne má iba vinutie motora s najvyšším odporom konštantu otáčok nižšiu ako 100 ot/min.
Bez ohľadu na zaťaženie by malo mať vinutie motora konštantnú rýchlosť
alebo menšie.
Alternatívne možno otáčky motora zvýšiť aj prevodovkou (pozri nižšie).
odpor
Pravidlo 2 požaduje motory s vysokou konštantou generátora. Bohužiaľ, tieto vinutia majú tiež vysoké odpory. Vysoký odpor znižuje výstupné napätie pri zaťažení a výstupné napätie je citlivé na záťažový prúd.
Ak chcete dosiahnuť stabilné napätie vo veľkom rozsahu zaťaženia, vyberte si veľký jednosmerný motor, pri ktorom je odpor relatívne nízky - dokonca aj pri veľkej konštante generátora!
Bezkartáčové motory s vysokým krútiacim momentom EC-i 40 od spoločnosti Maxon sú v tomto ohľade veľmi zaujímavé.
Výkonnostné obmedzenia
Motorový generátor by sa nemal vyberať iba na základe jeho výkonu. Na splnenie požiadaviek na krútiaci moment je často potrebné použiť motor s oveľa vyšším výkonom, ako je požadovaný. Najmä keď sú otáčky pomerne nízke v porovnaní s typickými otáčkami motora.
Limity týkajúce sa krútiaceho momentu a otáčok
Krútiaci moment pohonu určuje veľkosť a typ motorgenerátora. Motor vyžaduje nepretržitý krútiaci moment, ktorý je vyšší ako krútiaci moment generátora. Pri určovaní krútiaceho momentu alebo zaťažovacieho prúdu je potrebné zohľadniť prevádzkový režim. Pracuje generátor nepretržite dlho, v prerušovaných pracovných cykloch alebo iba v krátkych intervaloch? Preto potrebujete jednosmerný motor s dostatočným nepretržitým krútiacim momentom alebo nepretržitým prúdom. Musí sa tiež rešpektovať obmedzenie otáčok motora. Vzhľadom na pomerne nízke rýchlosti to však zvyčajne nie je výzva.
Limity týkajúce sa prúdu a napätia
Správne vinutie pre daný typ motora vyplýva z požiadaviek na prúd a generované napätie. Vinutie musí byť schopné generovať požadované napätie U aj pri zaťažení. Za predpokladu stálej rýchlosti generátora n musí byť generované napätie Ut vinutia väčšie ako U:
Bez ohľadu na prúd záťaže sa rýchlostná konštanta zvolí podľa pravidla 2: Vinutie preto vyžaduje dostatočne vysoký odpor. Pretože povolené prúdy klesajú so zvyšujúcim sa odporom, mali by ste skontrolovať, či je trvalý prúd stále dostatočný.
Obrázok 1 veľmi pekne ukazuje protichodné účinky rôznych vinutí:
Čím vyšší je odpor vinutia, tým vyššie je generované napätie (naprázdno).
Ale: čím vyšší je odpor vinutia, tým citlivejšie je výstupné napätie na zmeny prúdu.
Týmto protichodným účinkom sa dá do istej miery zabrániť výberom väčších motorov, ktoré majú menší odpor pre rovnakú konštantu generátora (podľa pravidla 3).
Kombinácia prevodovka-motor
Na zvýšenie veľmi nízkej rýchlosti použite prevodové stupne! Prevodovky maxon sú však pre prevodové pomery pri vyšších rýchlostiach vhodné iba v obmedzenej miere. Najlepšie sa dajú zaradiť spiatočky: planétové prevodovky s jedným alebo dvoma stupňami, ako aj čelné prevodovky (alebo špeciálne prevedenia).
Dôvody na použitie kombinácie prevodov a motorov sú často veľmi pomalé mechanizmy pohonu v generátoroch; pretože sú poháňané napríklad vetrom, vodou alebo ručne. Niektoré pozoruhodné aspekty a odporúčania:
V týchto prípadoch sú prevodovky poháňané z výstupnej strany. Prevodovky maxon však nie sú špeciálne určené na spätné otáčanie a účinnosť je dosť skromná.
Rýchlostné stupne (tri stupne a vyššie) nie je možné zaradiť späť; aby sa netočili, keď sú poháňané maximálnym nepretržitým krútiacim momentom. Vhodnejšie sú jedno alebo dvojstupňové planétové prevody. Spravidla sa dajú poháňať z výstupnej strany.
Čelné prevody sú ešte lepšie. Dajú sa oveľa ľahšie otočiť dozadu a účinnosť v tomto smere je vyššia.
Špeciálny prípad: jednosmerný motor ako jednosmerný tachometer
Pre jednosmerné rýchlomery používajte jednosmerné motory s kefami z drahých kovov. Vyberte si vinutie podľa požadovaného napätia tacho a rozsahu otáčok vašej aplikácie! Odpor vinutia tu nezáleží, pokiaľ je odpor záťaže niekoľko kW a prúdy sú zodpovedajúcim spôsobom malé.