инструкция по изготовлению. 155 фото, чертежей и видео постройки

Электричество стало неотъемлемой частью нашего существования. Времена, когда пользовались свечами для освещения, выбивали пыль, развешивая ковры на улице и стирали белье в реке уже прошли. Для получения этого ценного ресурса, который прочно вошел в повседневную жизнь, можно использовать генераторы переменного и постоянного тока, которые преобразуют механическую энергию в электрическую.

Это – наиболее простое, незамысловатое устройство. Генератор постоянного тока можно сделать своими руками, чтобы заряжать тот же мобильник или ноутбук либо приобрести в любом супермаркете электротехники.

С развитием технического прогресса теперь любое электрооборудование можно купить в интернет-магазинах, которые предоставляют на своих веб-ресурсах фото и технические характеристики современных генераторов постоянного тока.

Краткое содержимое статьи:

Устройство

Конструктивно генератор постоянного тока не так и сложен. Он – тот же двигатель, только работает иначе. Преобразует механическую энергию в электрическую, а не наоборот.

Рассматривая его снаружи и изнутри, можно выделить следующие детали:

• Чугунный или стальной корпус;
• Статор;
• Катушки возбуждения;
• Якорь;
• Обмотка самовозбуждения;
• Коллектор;
• Медно-графитные щетки

Принцип действия генератора постоянного тока основан на том, что когда в магнитном поле движутся проводники, то в нем генерируется разнонаправленная ЭДС, величину и направление которого можно контролировать и изменять. Это происходит при вращении якоря. С помощью коллектора на выходе образуется постоянный ток.

Классификация генераторов постоянного тока

Устройства различаются между собой по принципу включения и подсоединения обмоток. Сейчас можно встретить такие виды генераторов постоянного тока:

• С самовозбуждением. Внешним источником для запуска и бесперебойного питания может быть ветрогенератор или аккумулятор;
• С независимым включением, питающимся от обмотки;
• С параллельным (шунтовым) возбуждением;
• Последовательным подключением обмоток.
• Дизельные и газовые высокомощные генераторы.

В современной жизни генераторы постоянного тока используются для питания в городах электротранспорта и как инверторы для сварки. А также их можно встретить в конструкции тяговых тракторов комбайнов и прочих машин высокой мощности.

Способы изготовления

Существует множество мастер-классов, посвященных тому как правильно это сделать, и из чего лучше. При этом следует понимать, что генератору нужно бесперебойное питание для осуществления постоянного вращения и вырабатывания электричества. Для этого подойдет другой двигатель.

Можно также использовать энергию ветра, сконструировав генератор так, чтобы на его якорь можно нацепить лопасти, которые и будут осуществлять вращение.

Проще всего переделать асинхронный однофазный двигатель в генератор постоянного тока используя при этом один из 3 способов:

Делаем параллельное соединение обмоток возбуждения (по звезде). Дальше нужны обороты, которые выше нормальных для получения тока на выходе. Он появится в обмотках статора. Снимать его можно через кольца коллектора. Для бесперебойного питания генератора можно использовать двигатель от стиралки, пылесоса или дрели.

Делаем последовательное соединение обмоток возбуждения асинхронного электродвигателя (по треугольнику) на 220 Вольт. Используем конденсаторы (3 шт.) на 120 мкФ. Для плавного запуска закорачиваем одну фазу резистором. Для повышения мощности нужно использовать больше конденсаторов.

Используем трехфазный асинхронный электродвигатель. Обмотки возбуждения подключаем треугольником или звездой. Через муфту подсоединяем к нему какой-либо мотор постоянного тока. Получается 1100 об/мин и напряжение 250 вольт. Для снижения напряжения можно поставить конденсатор с большей емкостью. При его подключении сразу возникнет напряжение.

Следует понимать, что изготовление генератора своими руками в домашних условиях – это всегда определенный риск.

Нужно всё правильно рассчитывать и подбирать. Параметры, схемы, число оборотов и радиодетали. Сгоревшие обмотки, проводка, пакетные выключатели – могут быть плачевным итогом таких экспериментов. Если это не останавливает, то можно в конце концов что-то изобрести полезное.

Фото генератора постоянного тока своими руками

 

Вам понравилась статья? Поделитесь 😉

 

Генератор двигатель постоянного тока в категории «Авто — мото»

Стенд лабораторный «Исследование двигателя и генератора постоянного тока» НТЦ-06.13

Под заказ

Доставка по Украине

Цену уточняйте

Генератор постоянного тока ЗИЛ-131, Урал-375

На складе в г. Львов

Доставка по Украине

1 060 грн

Купить

MYCARBON Бесшумный вентилятор для циркуляции воздуха, настольный вентилятор с автоматическим колебанием двигат

На складе

Доставка по Украине

1 960 грн

1 840 грн

Купить

Набір для зборки електричної моделі двигуна постійного струму для дітей DIY фізика в дії

На складе в г. Киев

Доставка по Украине

675 грн

573.75 грн

Купить

Моторчик для машинки на радиоуправлении 3-6V двигатель постоянного тока

На складе в г. Кременчуг

Доставка по Украине

по 65 грн

от 2 продавцов

65 грн

Купить

СТОК Щеточный двигатель постоянного тока MY1016Z2

На складе

Доставка по Украине

6 580 грн

Купить

Контроллер YK31C 36V 500W детских квадроциклов коллекторных двигателей постоянного тока

На складе в г. Новомосковск

Доставка по Украине

1 050 — 1 242 грн

от 2 продавцов

1 050 грн

Купить

Портативный солнечный генератор PowerOak Bluetti PS6S / AC50s 500Wh solar AC/DC переменного / постоянного тока

На складе

Доставка по Украине

39 000 грн

35 990 грн

Купить

ШИМ контроллер. Управление скоростью двигателя постоянного тока с регулировкой 4.5-35В 0-5А

Доставка по Украине

по 52.99 грн

от 2 продавцов

52.99 грн

Купить

1803BK, ШИМ Регулятор скорости вращения двигателя постоянного тока 30W

Заканчивается

Доставка по Украине

60 грн

Купить

Двигатель постоянного тока RS-885 (DC-885) 12-24V 11000 — 24000 об/мин 350W (350 Вт)

Доставка из г. Киев

850 грн

Купить

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока PWM DC 6-28В 3А

На складе в г. Ивано-Франковск

Доставка по Украине

82 грн

Купить

ШИМ ZK-MG регулятор оборотов двигателя постоянного тока в корпусе

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

по 359.99 грн

от 2 продавцов

359.99 грн

Купить

Двигатель 775 редуктор 288W DC12-24V, 12000об/мин

На складе

Доставка по Украине

430 грн

Купить

Двигатель 795 редуктор 288W DC12-24V, 12000об/мин

На складе

Доставка по Украине

516 грн

Купить

Смотрите также

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока 40А

Доставка по Украине

370 грн

Купить

Генератор ГАЗ 406 дв. 115А, Eldix (ELD-A-G406-115A)

На складе

Доставка по Украине

2 695 — 2 805 грн

от 3 продавцов

2 805 грн

Купить

ШИМ ZK-MG регулятор оборотов двигателя постоянного тока в корпусе

Доставка по Украине

по 359.99 грн

от 2 продавцов

359.99 грн

Купить

Электродвигатель постоянного тока 555 двигатель 11000 об/мин 12V (6-18V) мотор для дрели шуруповёрта станка

На складе

Доставка по Украине

322 грн

Купить

ШИМ контроллер. Управление скоростью двигателя постоянного тока с регулировкой 4.5-35В 0-5А

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

52.99 грн

Купить

Беспроводной бесконтактный термометр Cofoe KF-HW-005

На складе в г. Полтава

Доставка по Украине

804.50 грн

Купить

ШИМ регулятор оборотов двигателя постоянного тока PWM DC12-40В 10А

Доставка из г. Ивано-Франковск

105 грн

Купить

Генератор ВАЗ 2108 73А, Eldix (ELD-A-2108-73A)

На складе

Доставка по Украине

2 419 — 2 468.28 грн

от 2 продавцов

2 419 грн

Купить

Драйвер бесщеточного трех-, четырех-, пятипроводного двигателя постоянного тока 1A, регулятор оборотов

Доставка по Украине

287 грн

Купить

Двигатели постоянного тока с ПМ, соответствующие станд. EN 55 012:2007 и EN 5 014:2006, P2XT, P2XR, P2XZ, P2ZX

Доставка по Украине

3 952 — 3 952.4 грн

от 2 продавцов

от 4 072.20 грн

Купить

Двигатель постоянного тока 18 V Metabo 317003690

Доставка по Украине

2 070.81 грн

Купить

Драйвер, регулятор оборотов бесщеточного двигателя постоянного тока 1A

На складе в г. Кропивницкий

Доставка по Украине

330 грн

Купить

Шаговый двигатель, 7,5 °, 5,6 В постоянного тока 2,9 Ом, OKI KBL42LLB 600R

Заканчивается

Доставка по Украине

200 грн

Купить

ШИМ регулятор скорости двигателя постоянного тока 30/35A до 60В

На складе в г. Кропивницкий

Доставка по Украине

420 грн

Купить

Использование коллекторного двигателя постоянного тока в качестве генератора

Инженеров-конструкторов может удивить, что оба коллекторных Двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) могут работать как генераторы. Коллекторный двигатель постоянного тока подходит для генераторные приложения, требующие выходного напряжения постоянного тока, в то время как бесщеточный двигатель постоянного тока подходит для переменного напряжения Приложения. При использовании BLDC для вывода напряжения постоянного тока Нужна схема выпрямления напряжения. Если использовать щетку Двигатель постоянного тока для выхода переменного тока, необходима электроника постоянного тока в переменный ток.

В этой статье рассматриваются основные отношения между скоростью, напряжение, крутящий момент и ток при использовании коллекторного постоянного тока двигатель как генератор.

ВВЕДЕНИЕ

Поскольку ротор двигателя вращается в магнитном поле, электродвигатель сила индуцирует напряжение на обмотках ротора, называемое «обратная ЭДС». Константа противо-ЭДС (K _E ), указанная в мВ/ об/мин — это значение, указанное в спецификации двигателя. Значение противоЭДС (U _i ) прямо пропорционально угловому скорость (ω) вращения вала двигателя и определяется как:

При работе двигателя в качестве генератора вал механически связаны и вращаются внешним источником, заставляя сегменты катушки в роторе вращаться через синусоидально изменяющийся магнитный поток в воздушном зазоре. Каждый ход обмотки ротора индуцируется синусоидальным напряжением, со скоростью вращения и магнитной потокосцеплением определение величины напряжения. Например, если ротор катушка состоит из одного витка, ЭДС индукции синусоидальная с периодом, равным одному электрическому циклу.

По своей конструкции щеточный ротор постоянного тока намотан в нечетной количество сегментов (3,5,7, … и т. д.) и питание к катушкам через пару щеток. Когда вал вращается в режиме генерации, генерируемая противо-ЭДС напряжение измеряется на выходных клеммах. На основе свойства конструкции двигателя (в том числе количество сегментов катушки), пульсации напряжения обычно присутствует и обычно составляет менее 5% выходное напряжение.

Поскольку выходное напряжение зависит от частоты вращения вала, постоянная противо-ЭДС (K _E ) следует выбрать, чтобы удовлетворить уравнение 1 при выборе двигателя для использования в качестве генератора. Без учета нагрузки постоянная противоЭДС обмотка должна быть больше . Если достижимый вал скорость не достигает достаточной противо-ЭДС, подходящая передача уменьшение может быть добавлено, чтобы увеличить скорость на двигателе вала, учитывая, что максимально допустимая скорость двигателя параметры не превышены.

НАПРЯЖЕНИЕ НА КЛЕММАХ, МАКСИМАЛЬНЫЙ ТОК И НАГРУЗКА СОПРОТИВЛЕНИЕ

На рис. 1 показано, что напряжение, генерируемое на терминал (У _i ) двигателя прямо пропорциональна угловая скорость ротора при нагрузке (R _Load ) не подключен через клеммы. В этом состоянии ток через двигатель равен нулю. Когда нагрузка подключена через клемма двигателя, ток течет, а напряжение уменьшается в зависимости от полного сопротивления нагрузки. Напряжение на клеммах (UT) при подключении нагрузки и протекании тока (I

Load ) через цепь задается как:

Для фиксированной угловой скорости вала двигателя, так как нагрузка ток увеличивается, напряжение на клеммах уменьшается (уравнение 3). Когда обратная ЭДС равна резистивному падению напряжения на клеммы, напряжение на клеммах становится равным нулю.

На рис. 2 показана зависимость тока нагрузки от напряжения на клеммах. график идеального коллекторного двигателя постоянного тока для генератора. Когда клеммы двигателя не подключены, U _T равно U _i , и ток не течет по обмоткам ротора. Когда клеммы закорочены, максимальное количество ток протекал бы по цепи и U _T становится равным нулю.

Максимальный ток через цепь можно рассчитать как:

Когда все остальные параметры постоянны, если угловой скорость на валу двигателя увеличивается, график рис. 2 смещается вправо с одинаковым наклоном, увеличивая как U _{, так и} а я _Макс . В уравнении 5, собственное сопротивление двигателя обмотки (R _Rotor ) является ограничивающим фактором для максимального тока в режиме генератора. Если значение R _Rotor высокое, чувствительность система генератора увеличивается, и результирующее напряжение отклонение от потребляемого тока создает нестабильную систему. Двигатель с более высокой постоянной противо-ЭДС и более низкой сопротивление обеспечит стабильную работу.

ПРИВОДНОЙ МОМЕНТ И БАЛАНС МОЩНОСТИ

Когда двигатель работает в генераторном режиме с открытым клеммы, ток по цепи не течет и механическое трение создает потери в приводном узле. Это состояние похоже на работу двигателя без нагрузки.

Уравнение крутящего момента (M) для двигателя задается как

Генератор должен приводиться в требуемый ток нагрузки через обмотку при клеммы замкнуты на нагрузочном резисторе (R _{Загрузить} ). Мотор выбор ограничен максимальным крутящим моментом, можно применять на валу в генераторном режиме. Операция щеточного двигателя постоянного тока ограничивается максимальным непрерывным крутящий момент (термический и механический) и максимальный непрерывный доступная скорость (механическая и электрическая). Выбор двигатель, способный выдерживать крутящий момент генератора на валу и управлять максимальным током через его цепь аналогично процесс определения размера двигателя на основе желаемых точек нагрузки.

В установившемся режиме механическая мощность, подводимая к генератору может быть представлено как:

Выходная электрическая мощность при любом токе нагрузки и клемме напряжение может быть представлено прямоугольной областью под наклон, как показано на рис. 2.

Выходная мощность максимальна, когда UT составляет половину Ui. В этот момент ток нагрузки ILoad составляет половину максимального ток I _Макс. .

Следовательно,

Двигатель, используемый в качестве генератора, не следует выбирать исключительно из силовых соображений. В идеале Р _Макс. всегда должен быть выше требуемой электрической выходной мощности от генератор. В зависимости от значения тока нагрузки нагрузка точка на графике рис. 2 может перемещаться по оси абсцисс. Таким образом, фактическая выходная мощность (P _Actual ) может быть меньше, чем P _Max . В то время как при выборе правильного двигателя для использования в качестве генератора следует учитывать P _Actual , а не P _Max . Это может требуют выбора двигателя с более высоким номиналом.

Эффективность генератора можно определить как:

ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ В КАЧЕСТВЕ ГЕНЕРАТОРА

Пример 1: В этом примере рассматривается выбор Portescap Коллекторный двигатель постоянного тока серии Athlonix для генератора. Константа обратной ЭДС процессора Athlonix серии 17 DCT с Катушка 209P 1,17 мВ/об/мин. Характеристики двигателя изображены на рис. 3. Если этот двигатель использовать в качестве генератора при 5000 об/мин частоты вращения вала, выходная обратная ЭДС будет 5,85 В. (уравнение 1)

Максимальный ток нагрузки через цепь при коротком замыкании условие будет

Это значение I _Max . превышает максимальную непрерывную ток двигателя (0,55 А). Это может быть приемлемо для повторно-кратковременный режим работы, который определяется термической постоянная времени двигателя и ожидаемый рабочий цикл. За при непрерывной работе генератора сопротивление нагрузки (R _Load ) составляет рекомендуется использовать уравнение:

Где, I _Cont — максимальный длительный ток двигателя.

Итак, если в генераторе можно использовать сопротивление нагрузки >3 Ом, Катушка 209P хороша для входной скорости до 5000 об/мин. Если загрузить сопротивление не может быть использовано из-за механических или технических ограничений или если входная скорость выше 5000 об/мин, следует выбрать другую катушку. Например: катушка 211П может быть лучшим выбором для рассмотрения этого требования.

Пример 2: противо-ЭДС двигателя Portescap 16C18 с катушкой 205P составляет 0,70 мВ/об/мин. При 10000 об/мин открытая выходное напряжение схемы на клемме 7,0 В.

В условиях короткого замыкания максимальный ток, может протекать через обмотки

, что меньше максимального продолжительного тока (I _Cont ) двигателя. Поэтому использование этого двигателя в качестве генератора при частоте вращения вала 10 000 об/мин приемлема без с учетом нагрузки внешнего сопротивления.

Выходные характеристики для 16С18 при различной частоте вращения вала представлена ​​на рис. 4.

Заштрихованная область – область непрерывной работы. За периодические операции, различные факторы, такие как максимальное повышение температуры, максимальная скорость вала, механический ограничитель следует учитывать срок службы двигателя и генератора.

Рисунки 5 и 6 показывают, что эффективность 16C18 составляет относительно выше при меньшем токе генератора. Максимум выходная мощность, выходная эффективность близка к 50%. это идеально подходит для выбора генератора с рабочей точкой, близкой к максимальная эффективность. Это гарантирует, что потери в системе сведены к минимуму, а уменьшенная механическая входная мощность необходимо для создания желаемого выходного напряжения тока характеристики.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Часто неправильно понимают, что коллекторный двигатель постоянного тока, работающий в генераторном режиме, не так эффективен, как при работе в качестве мотор. Однако достаточно высокий КПД может быть достигнут при правильном выборе двигателя, нагрузки и рабочей скорости. При определении рабочих точек всегда следует учитывать электрические и механические факторы. знающий инженеры по применению с большим опытом проектирования доступны для консультации, чтобы выбрать правильный двигатель для ряда приложения, такие как генераторы тахометра, стрельба из минометов и сборщики энергии.

СВЯЖИТЕСЬ С ИНЖЕНЕРОМ

Запуск коллекторных двигателей постоянного тока в качестве генераторов

Инженеры-конструкторы знают, что как коллекторные, так и бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) могут работать в качестве генераторов, но многие стараются избегать использования коллекторных двигателей постоянного тока в генераторном режиме, поскольку считают это неэффективным. К сожалению, избегая использования коллекторных двигателей постоянного тока в качестве генератора, инженеры упускают несколько значительных преимуществ.

Например, коллекторные двигатели постоянного тока дешевле, чем миниатюрные генераторы, несмотря на то, что они оба выполняют одну и ту же функцию. Коллекторные двигатели постоянного тока также предлагают широкий спектр опций для решения конкретных задач. А коллекторные двигатели постоянного тока особенно хорошо подходят для приложений, требующих напряжения в качестве входа без источника питания, таких как дверные замки и небольшие сборщики энергии. Когда эти преимущества учитываются и к решению применяются определенные инженерные концепции, коллекторные двигатели постоянного тока могут быть привлекательными и эффективными вариантами в качестве генераторов. Вот обзор основных взаимосвязей между скоростью, напряжением, крутящим моментом и током при использовании коллекторных двигателей постоянного тока в качестве генераторов.

Основы

Когда ротор двигателя вращается в магнитном поле, электродвижущая сила индуцирует напряжение на обмотках ротора. Это называется «противо-ЭДС», и постоянную противо-ЭДС двигателя, K _E (данную в мВ/об/мин), можно найти в его спецификации. Обратная ЭДС ( U _i ) прямо пропорциональна угловой скорости вращения вала двигателя ( ω ) рассчитывается по формуле:

При работе двигателя в качестве генератора вал механически связан и вращается внешним источник, который заставляет сегменты катушки ротора вращаться за счет синусоидально изменяющегося магнитного потока в воздушном зазоре. Каждый виток обмотки ротора индуцируется синусоидальным напряжением, при этом скорость вращения и потокосцепление определяют величину напряжения. Например, если катушка ротора состоит из одного витка, ЭДС индукции будет синусоидальной с периодом, равным одному электрическому циклу.

По своей конструкции щеточные роторы постоянного тока намотаны нечетным числом сегментов (3,5,7 и т.д.) и питают катушки через пару щеток. Когда вал вращается в режиме генерации, на выходных клеммах измеряется напряжение генерируемой противоЭДС. В зависимости от характеристик двигателя, в том числе количества сегментов катушки, пульсации напряжения обычно присутствуют и обычно составляют менее 5% от выходного напряжения.

Выходное напряжение зависит от частоты вращения вала, поэтому постоянная противо-ЭДС ( K _E ) следует выбирать так, чтобы удовлетворять уравнению. 1 при выборе двигателей для использования в качестве генераторов. Без учета нагрузки постоянная противоЭДС обмотки должна быть больше ω U i . Если достижимая скорость вала не достигает достаточной противо-ЭДС, можно добавить подходящий редуктор для увеличения скорости на валу двигателя, если не превышены максимально допустимые параметры скорости двигателя.

Напряжение на клеммах, максимальный ток и сопротивление нагрузки

График выше показывает, что напряжение, генерируемое на клеммах двигателя ( U _T ), прямо пропорционально угловой скорости ротора, когда нагрузка (R _{Нагрузка} ) не подключена к клеммам. В этом состоянии ток через двигатель равен нулю. Когда к клемме двигателя подключается нагрузка, протекает ток, а напряжение уменьшается в зависимости от общего сопротивления нагрузки. Напряжение на клеммах ( U _T ), когда нагрузка подключена и через цепь протекает ток (I _{Нагрузка} ), определяется как:

  

По мере увеличения тока нагрузки при фиксированной угловой скорости вала двигателя напряжение на клеммах уменьшается. Когда обратная ЭДС равна резистивному падению напряжения на клеммах, напряжение на клеммах становится равным нулю.

На приведенном выше графике показана зависимость тока нагрузки от напряжения на клеммах идеального коллекторного двигателя постоянного тока, используемого в качестве генератора. Когда клеммы двигателя не подключены, U _T равно U _i , и ток не протекает через обмотки ротора. Когда клеммы замкнуты накоротко, через цепь протекает максимальный ток, и U _T становится равным нулю.

Максимальный ток в цепи можно рассчитать как:

Если все остальные параметры остаются постоянными, по мере увеличения угловой скорости вала двигателя график сдвигается вправо с одинаковым наклоном, увеличивая оба U _i и I _Max . В приведенном выше уравнении собственное сопротивление обмоток двигателя ( R _Ротор ) является ограничивающим фактором для максимального тока в режиме генератора. Если R _Ротор имеет высокое значение, чувствительность генератора увеличивается, а результирующее напряжение изменяется в зависимости от потребляемого тока, создавая нестабильную систему. Однако двигатель с более высокой постоянной противо-ЭДС и меньшим сопротивлением обеспечивает стабильную работу.

Приводной крутящий момент и баланс мощности

Когда двигатель работает в режиме генератора с разомкнутыми клеммами, в цепи не протекает ток, а механическое трение создает потери в приводном узле. Это состояние похоже на работу двигателя без нагрузки.

Уравнение крутящего момента ( M ) для двигателя:

где: K _T = постоянный крутящий момент двигателя (мНм/А) I ₀ = ток холостого хода двигателя ( А).

Генератор должен приводиться в действие с крутящим моментом, который будет генерировать требуемый ток нагрузки через обмотку, когда клеммы замкнуты на нагрузочном резисторе ( R _{Нагрузка} ). Выбор двигателя ограничен максимальным крутящим моментом, который может быть приложен к валу в генераторном режиме. Работа коллекторного двигателя постоянного тока ограничена максимальным непрерывным крутящим моментом (тепловым и механическим) и максимальной непрерывной скоростью (механической и электрической). Выбор двигателя, который может выдерживать крутящий момент генератора на валу и управлять максимальным током в его цепи, подобен процессу выбора двигателей на основе желаемых точек нагрузки.

В установившемся режиме механическая входная мощность генератора может быть представлена ​​как:

Электрическая выходная мощность при любом токе нагрузки и напряжении на клеммах может быть представлена ​​прямоугольной областью под наклоном, как показано на Рисунок 2: Нагрузка График зависимости тока от напряжения на клеммах.

 

Выходная мощность достигает максимума, когда U _T составляет половину от U _i . В этот момент ток нагрузки I _Load составляет половину максимального тока I _Макс. .

Следовательно,

Двигатель, используемый для генератора, не следует выбирать исключительно из соображений мощности. В идеале P _Max всегда должно быть выше требуемой выходной электрической мощности генератора. В зависимости от значения тока нагрузки точка нагрузки на графике Рисунок 2 может перемещаться по оси x . Таким образом, фактическая выходная мощность ( P _{Actua l} ), может быть меньше P _Max . При выборе правильного двигателя для использования в качестве генератора следует учитывать P _Actual , а не P _Max . Для этого может потребоваться выбор двигателя с более высокими характеристиками.

КПД генератора можно определить следующим образом:

Выбор двигателя в качестве генератора

Пример 1. В этом примере рассматривается выбор щеточного двигателя постоянного тока серии Portescap Athlonix для генератора. Константа обратной ЭДС процессора Athlonix серии 17 DCT с 209Катушка P составляет 1,17 мВ/об/мин. Характеристические кривые двигателя представлены на рис. 3 . Если этот двигатель используется в качестве генератора при частоте вращения вала 5000 об/мин, выходная обратная ЭДС составит 5,85 В (уравнение 1).

Максимальный ток нагрузки через цепь в условиях короткого замыкания будет:

Это значение I _{Макс. .} превышает максимальный непрерывный ток двигателя (0,55 А). Это может быть приемлемо для прерывистой работы, которая определяется тепловой постоянной времени двигателя и ожидаемым рабочим циклом. Однако при непрерывной работе генератора сопротивление нагрузки ( R _{Нагрузка} ) рекомендуется с использованием уравнения:

где I _Cont — максимальный длительный ток двигателя.

Итак, если в генераторе используется сопротивление нагрузки, превышающее 3 Ом, катушка 209P подходит для входных скоростей до 5000 об/мин. Если сопротивление нагрузки нельзя использовать из-за механических или технических ограничений, или если входная скорость выше 5000 об/мин, следует выбрать другую катушку. Например: катушка 211P может быть лучшим выбором для этого требования.

Пример 2: Обратная ЭДС двигателя Portescap 16C18 с катушкой 205P составляет 0,70 мВ/об/мин. При 10 000 об/мин выходное напряжение холостого хода на клемме составляет 7,0 В.

В условиях короткого замыкания максимальный ток, который может протекать через обмотки, составляет:

, что меньше максимального продолжительного тока двигателя ( I _Прод. ). Следовательно, использование этого двигателя в качестве генератора при частоте вращения вала 10 000 об/мин допустимо без учета внешней резистивной нагрузки.

Выходные характеристики для 16C18 при различной частоте вращения вала представлены ниже.

Заштрихованная рамка на графике выше — это область непрерывной работы. Для прерывистой работы следует учитывать различные факторы, такие как максимальное повышение температуры, максимальная скорость вала, механический предел двигателя и срок службы генератора.

Приведенные выше графики показывают, что КПД 16С18 относительно выше при меньшем токе генератора. При максимальной выходной мощности выходной КПД близок к 50%. Идеально подобрать генератор с рабочей точкой, близкой к максимальному КПД. Это обеспечивает минимизацию потерь в системе и требует меньше механической входной мощности для создания требуемых характеристик выходного напряжения и тока.

Часто неправильно понимают, что коллекторный двигатель постоянного тока, работающий в генераторном режиме, не так эффективен, как при работе в качестве двигателя. Тем не менее, использование надлежащего двигателя, нагрузки и рабочей скорости обеспечит достаточно высокий КПД. При определении рабочих точек всегда следует учитывать электрические и механические факторы.