Làm thế nào có thể sử dụng động cơ DC làm máy phát điện: Ứng dụng thực tế, Lựa chọn, Hiệu suất

Đâu đó trong ngăn kéo có một động cơ DC nhỏ đang chờ làm việc, được cứu thoát khỏi một món đồ chơi hỏng, một chiếc quạt cầm tay hay một chiếc máy in cũ. Bạn đã đọc được rằng nó cũng có thể chạy ngược như một máy phát điện và bây giờ bạn muốn biết liệu điều đó có thực sự đúng hay không và làm thế nào để thực hiện đúng cách.

Câu trả lời ngắn gọn: có, và không có thủ thuật nào liên quan. Động cơ DC nam châm vĩnh cửu và máy phát điện DC nam châm vĩnh cửu là cùng một loại máy, chỉ được mô tả ở hai đầu đối diện nhau. Chúng tôi đã chế tạo động cơ DC siêu nhỏ ở Yuyao từ năm 1988 và câu hỏi về máy phát điện liên tục được đặt ra, từ việc học sinh nối dây cho một tuabin gió nhỏ cho đến các kỹ sư bổ sung tùy chọn sạc quay tay. Đây mới là điều thực sự quan trọng.

Tại sao động cơ DC có thể được sử dụng làm máy phát điện

Sự chuyển đổi năng lượng bên trong máy DC là đối xứng. Đẩy dòng điện qua một cuộn dây nằm trong từ trường và cuộn dây bị đẩy sang một bên, do đó rôto quay. Thay vào đó hãy quay rôto đó và cuộn dây quét qua từ trường, từ thông liên kết nó thay đổi và một điện áp xuất hiện trên các cực. Đó là định luật cảm ứng Faraday thực hiện chính xác những gì nó làm trong mọi máy phát điện từng được chế tạo.

Điều làm cho động cơ DC chổi than trở nên tiện lợi là bộ chuyển mạch của nó. Bên trong phần ứng, điện áp cảm ứng là xoay chiều, vì mỗi cuộn dây đi qua cực bắc rồi đến cực nam. Bộ chuyển mạch hoán đổi kết nối với thế giới bên ngoài vào đúng thời điểm, do đó hai cực giữ một cực cố định. Nó là một bộ chỉnh lưu cơ học và đó là lý do tại sao động cơ chổi than cung cấp cho bạn DC mà không có một bộ phận điện tử nào.

Điều thú vị là một con số thực hiện được hai công việc. Hằng số điện áp cho bạn biết tốc độ quay của động cơ trên mỗi volt cũng cho bạn biết nó tạo ra bao nhiêu điện áp trên mỗi vòng quay. Một động cơ được đánh giá ở mức 12 V và tốc độ không tải 6.000 vòng/phút sẽ tạo ra khoảng 12 V khi có thứ gì khác quay nó lên tới 6.000 vòng/phút.

Có chổi hoặc không chổi than: Những gì phát ra từ dây điện

Cả hai dòng đều có thể tạo ra, nhưng họ cung cấp cho bạn nguồn điện khác nhau và sự khác biệt đó quyết định phần còn lại của mạch điện của bạn phải làm bao nhiêu công việc.

Động cơ DC có chổi than cung cấp dòng điện một chiều

Quay trục và DC xuất hiện ở các đầu cuối, với gợn sóng xuất hiện trên đỉnh do chuyển mạch. Hai dây, không cần gì khác và đồng hồ vạn năng hiển thị số đọc ngay lập tức.

Động cơ DC không chổi than cung cấp dòng điện xoay chiều ba pha

Trong động cơ không chổi than, các cuộn dây nằm trong stato và nam châm quay, do đó việc quay trục sẽ tạo ra điện áp ba pha trên các dây dẫn của stato, hình thang trong BLDC điển hình và hình sin trong PMSM. Không có gì có thể chỉnh lưu nó một cách cơ học, vì vậy bạn cần một cầu nối ba pha cộng với một tụ điện làm mịn hoặc một bộ điều khiển hỗ trợ chỉnh lưu chủ động trước khi năng lượng đó có thể sạc pin.

Từng bước biến động cơ thành máy phát điện

Hầu hết mọi người đều bắt đầu với bất kỳ động cơ nào đã có sẵn trên băng ghế và đó là một cách tiếp cận hoàn toàn tốt. Động cơ chổi than nhỏ dùng trong đồ chơi và thiết bị cầm tay là sự lựa chọn cổ điển cho thí nghiệm tua-bin gió hoặc quay tay đầu tiên, vì chúng chứa nam châm vĩnh cửu và tạo ra điện áp có thể đọc được chỉ ở tốc độ vài trăm vòng/phút.

Động cơ DC chải tốc độ cao RS-977 cho máy cắt cỏ Động cơ chải bằng nam châm vĩnh cửu cung cấp công suất đầu ra tốc độ cao và khả năng chịu tải ổn định, phù hợp khi kết hợp điện áp với vòng/phút trong các công trình nhỏ. Xem sản phẩm →

1. Bắt đầu với máy phù hợp. Nó phải có nam châm vĩnh cửu. Động cơ nam châm vĩnh cửu được chải từ đồ chơi, quạt hoặc máy in đều đủ tiêu chuẩn và động cơ không chổi than cũng vậy. Máy cảm ứng và máy quấn vết thương không hoạt động giống nhau.
2. Ngắt kết nối các thiết bị điện tử. Nếu động cơ đi kèm với bảng điều khiển, bộ điều khiển tốc độ hoặc bộ pin, hãy cách ly nó. Bạn muốn các thiết bị đầu cuối động cơ thô.
3. Ghép trục với động cơ chính. Một tay quay, cánh quạt, bánh xe nước hoặc tua-bin sẽ làm được, miễn là nó quay trục ổn định.
4. Đo điện áp mạch hở. Đặt đồng hồ vạn năng thành vôn DC cho động cơ có chổi than và vôn AC cho động cơ không chổi than, sau đó quay bằng tay và xem số đọc theo tốc độ của bạn.
5. Lưu ý volt trên mỗi vòng/phút. Quay với tốc độ đã biết, ghi lại điện áp và bạn có hằng số cần thiết để định cỡ mọi thứ khác.
6. Chỉnh sửa nếu cần thiết. Cầu ba pha và tụ điện cho động cơ không chổi than; một tụ điện trên các cực thường là đủ cho một tụ điện được chải, cộng với một diode chặn nếu bạn đang cấp nguồn cho pin.
7. Thêm tải và đo lại. Dự kiến ​​điện áp sẽ giảm xuống, vì dòng điện chạy qua điện trở cuộn dây luôn khiến bạn tốn vôn.
8. Chú ý đến nhiệt và phóng hồ quang của chổi. Nếu động cơ chạy nóng, bạn đang tiêu thụ nhiều dòng điện hơn mức có thể tỏa ra.

Thực tế bạn có thể nhận được bao nhiêu điện áp và công suất?

Thang đo điện áp với tốc độ gần như tuyến tính, giúp cho việc tính toán trở nên dễ dàng. Chia điện áp định mức cho tốc độ không tải và bạn sẽ có được hằng số máy phát. Đối với một động cơ vi mô điển hình có điện áp không đổi ở khoảng từ một đến ba volt trên một nghìn vòng/phút, đó là lý do tại sao tay quay lười tạo ra một hoặc hai volt trong khi tuabin quay với tốc độ vài nghìn vòng/phút có thể đạt đến điện áp định mức của động cơ.

Điện áp mạch hở là con số lạc quan. Ngay khi có dòng điện chạy qua, điện áp đầu cực giảm theo dòng điện nhân với điện trở cuộn dây. Trên một động cơ nhỏ, điện trở phần ứng có thể là vài ohm, do đó, việc kéo một amp có thể khiến bạn mất vài volt. Đo lại với tải được kết nối; đó là con số mà mạch của bạn thực sự nhìn thấy.

Công suất theo sau mô-men xoắn. Dòng điện mà máy phát điện cung cấp tỷ lệ thuận với mô-men xoắn tác dụng lên trục, do đó, động cơ sơ cấp yếu ở tốc độ thấp sẽ cung cấp cho bạn điện áp mà hầu như không có dòng điện đằng sau nó. Theo hướng dẫn sơ bộ, một động cơ chổi than nhỏ được dẫn động ở một phần khá lớn so với tốc độ định mức của nó sẽ trả về khoảng từ một nửa đến 3/4 công suất cơ học mà bạn đưa vào, cùng với điện trở cuộn dây, độ rơi chổi than, ma sát vòng bi và tổn hao sắt chiếm phần còn lại.

Chọn động cơ cho nhiệm vụ của máy phát điện

Nếu bạn đang chọn một động cơ cụ thể để tạo ra, hãy xem qua số trên nhãn và kiểm tra một số đặc điểm thay thế.

• Nam châm vĩnh cửu, không có ngoại lệ. Nam châm ferrite hoặc đất hiếm cung cấp cho bạn trường kích thích miễn phí, đó là điều giúp cho việc tạo ra một chiếc máy nhỏ như thế này có thể thực hiện được.
• Điện trở cuộn dây thấp, do đó, đầu vào cơ học của bạn chuyển thành nhiệt trong đồng ít hơn.
• Dòng điện không tải thấp và hiện tượng co giật nhẹ nhàng vì các phần ứng trơn tru bắt đầu quay dễ dàng hơn khi có gió nhẹ hoặc tay quay là động lực chính của bạn.
• Đánh giá tốc độ phù hợp với ổ đĩa của bạn. Vì điện áp tăng theo vòng/phút, động cơ nhanh hơn cần ít vòng quay hơn để đạt được công suất hữu ích.
• Hộp số, sử dụng chu đáo. Trong hoạt động bình thường, động cơ bánh răng đổi tốc độ lấy mô-men xoắn; ở thế hệ này, bạn có thể chạy nó theo chiều ngược lại, để bánh xe nước chậm quay trục động cơ nhanh hơn nhiều, miễn là bạn chấp nhận thêm ma sát và tổn thất.

Động cơ quay dễ dàng và tiêu thụ ít dòng điện khi không tải có xu hướng tạo ra các máy phát điện thân thiện nhất, đó là một phần lý do khiến chúng tôi đưa các thiết kế chổi than tiết kiệm năng lượng vào danh mục. Chúng hoạt động có thể dự đoán được khi năng lượng chảy theo hướng khác và tổn thất thấp hơn của chúng khiến bạn phải nỗ lực nhiều hơn trong mạch điện hơn là trong cuộn dây.

Động cơ DC chổi than có tuổi thọ cao RS-540 cho máy hút bụi Động cơ nam châm vĩnh cửu được chải bền bỉ với hoạt động tải thấp có thể dự đoán được, hữu ích khi tuổi thọ dài và dòng năng lượng hai chiều là vấn đề quan trọng. Xem sản phẩm →

Những sai lầm khiến mọi người chú ý

• Mong đợi bất kỳ động cơ nào hoạt động. Động cơ cảm ứng ba pha hoặc cực bóng mờ sẽ không tạo ra công suất hữu ích nếu không có sự kích thích từ bên ngoài.
• Quay quá chậm. Điện áp tỷ lệ thuận với tốc độ, do đó, việc quay tay nhàn nhã hầu như không mang lại cho bạn kết quả gì.
• Quên sửa động cơ không chổi than. Dòng điện xoay chiều ba pha đưa vào các cực của pin là cách tốt để làm hỏng thứ gì đó.
• Để lại bộ điều khiển gốc được kết nối. Việc cung cấp lại trình điều khiển qua giai đoạn đầu ra của chính nó hiếm khi kết thúc tốt đẹp.
• Bỏ qua sự hao mòn của bàn chải. Chổi than là vật tư tiêu hao và hoạt động tạo ra liên tục khó khăn hơn so với việc sử dụng động cơ không thường xuyên.
• Quá tải động cơ chính. Dòng điện tỷ lệ thuận với mô-men xoắn, do đó, một máy phát tải nặng có thể làm tuabin dẫn động nó ngừng hoạt động.
• Tin tưởng vào điện áp mạch hở. Đây không phải là điện áp làm việc; đo dưới tải trước khi bạn thiết kế xung quanh một số.

Nơi động cơ như máy phát điện đã xuất hiện trong các sản phẩm thực tế

Phanh tái sinh là động cơ giống như máy phát điện ở dạng sản xuất. Khi một chiếc xe điện chạy chậm lại, khi máy khoan không dây nhả cò và khi cánh tay robot giảm tốc, bộ điều khiển sẽ cho phép máy hoạt động như một phanh và đẩy năng lượng đã phục hồi trở lại gói. Trong chế tạo robot, đây là điều thường xuyên và các khớp tương tự điều khiển robot công nghiệp chúng tôi cung cấp động cơ để sử dụng một phần của mỗi chu trình tạo ra thay vì tiêu thụ.

Những ứng dụng như vậy cần động cơ có khả năng chịu được hàng nghìn lần thay đổi hướng mà không gây kịch tính, đó chính xác là mục đích mà các thiết kế chổi than vận hành êm ái trong dòng rô-bốt của chúng tôi được thiết kế nhằm mục đích đó.

Động cơ DC chổi than RS-785SL dùng cho máy làm sạch khớp Động cơ nam châm vĩnh cửu được chải có độ ồn thấp được chế tạo để thay đổi hướng lặp đi lặp lại, thích hợp cho các công cụ và thí nghiệm máy phát điện nhỏ cần đầu ra đáng tin cậy. Xem sản phẩm →

Ở quy mô nhỏ hơn, nguồn điện xuất hiện ở đèn pin và radio quay tay, đèn pin quay, tua-bin gió nhỏ, hệ thống thủy điện siêu nhỏ, xe đạp tập thể dục và thu năng lượng từ cửa ra vào, cửa quay và cơ chế bán hàng tự động. Không ai trong số này cần một máy phát điện được xây dựng có mục đích. Họ cần một động cơ nam châm vĩnh cửu, tỷ số truyền hoặc tốc độ phù hợp hợp lý và bộ chỉnh lưu trong đó đầu ra phải là DC.

Lời cuối cùng trước khi bạn quay trục đó

Chúng tôi đã sản xuất động cơ DC siêu nhỏ từ năm 1988, điều đó có nghĩa là chúng tôi đã chứng kiến rất nhiều động cơ trong số đó kết thúc ở phía phát điện của mạch điện, đôi khi do thiết kế và đôi khi do vô tình. Nếu bạn đang làm việc trên một sản phẩm mà một động cơ phải dẫn động và tạo ra, hãy cho chúng tôi biết điện áp, tốc độ, mô-men xoắn và chu kỳ làm việc mà bạn nghĩ đến và chúng tôi sẽ giúp bạn thu hẹp các tùy chọn, cho dù đó là mẫu có chổi than tiêu chuẩn, thiết kế không chổi than hay bộ hộp số.

Nếu trước tiên bạn muốn xem những động cơ này hoạt động như thế nào trong thiết bị thực, thì tổng quan của chúng tôi về ứng dụng động cơ DC chổi than phổ biến nhất là một nơi tốt để bắt đầu.