Az egyenáramú motorok generátorként történő használata
A szálcsiszolt és a kefe nélküli egyenáramú motorok generátorként is működtethetők. Van azonban néhány fontos szempont, amelyet figyelembe kell venni a meghajtó tervezésénél.
1. ábra A nemesfém kefékkel ellátott RE 40 DC motor különféle tekercseinek feszültség-áram jellemzői 500 fordulat/perc sebességnél. Vegye figyelembe az egyes tekercsek különböző magasságát. Kép: maxon
Az egyenáramú motorok generátornak is megfelelnek? A rövid válasz igen! A maxon motorok rendkívül hatékonyak - még generátor üzemmódban is. A sebesség és a feszültség, valamint az áram és a nyomaték közötti alapvető összefüggések szintén nagyon egyszerűek. Az alábbiakban bemutatunk néhány szabályt a megfelelő meghajtó sikeres kiválasztásához a generátor működéséhez.
DC vagy AC feszültség?
Az egyenfeszültség előállításához válasszon szálcsiszolt egyenáramú motort, vagy használjon kefe nélküli egyenáramú motort (egyenfeszültségű egyenirányítóval)!
Váltakozó feszültség előállításához válasszon kefe nélküli egyenáramú motort, és csak két fázissal érintkezzen! Hall érzékelőkre nincs szükség.
Sebesség állandó kn
A generátorokat gyakran 1000 fordulat/perc vagy kisebb fordulatszámon működtetik. Kis DC motorjainknak ez nagyon alacsony fordulatszám. 10 V vagy annál nagyobb fordulatszám előállításához 1000/perc fordulatszámnál 100/perc/V vagy kisebb fordulatszám-állandóra van szükség. A megfelelő tekercseket nem könnyű megtalálni a maxon motor portfóliójában. Csak néhány nagy ellenállású tekercs nagyobb motorokban felel meg ennek a követelménynek. Ezzel szemben a kisebb motorok sebességi állandói nagyobbak.
Az 1. táblázat kis motorok (vagy nagy generátorállandó = generált feszültség/fordulatszám) motorjainak válogatását mutatja.
1. táblázat Az alacsony fordulatszámú állandókkal rendelkező motorok kiválasztása.
Általában csak a legnagyobb ellenállású tekercselésű motor fordulatszám-állandója kisebb, mint 100 ford/perc/V.
A terhelés figyelembevétele nélkül a motor tekercselésének állandónak kell lennie
vagy kisebbek.
Alternatív megoldásként a motor fordulatszáma fokozattal is növelhető (lásd alább).
ellenállás
A 2. szabály magas generátorállandójú motorokat ír elő. Sajnos ezeknek a tekercseknek nagy az ellenállása is. A nagy ellenállás csökkenti a kimeneti feszültséget terhelés alatt, és a kimeneti feszültség érzékeny a terhelési áramra.
Ha stabil terhelést szeretne elérni nagy terhelési tartományban, válasszon egy nagy DC motort, ahol az ellenállás viszonylag alacsony - még nagy generátorállandó mellett is!
A Maxon kefe nélküli EC-i 40 nagy nyomatékú motorjai ebből a szempontból nagyon érdekesek.
Teljesítménykorlátozások
A motorgenerátort nem csak teljesítménye alapján kell megválasztani. A nyomatékkövetelmények teljesítése érdekében gyakran szükség van a szükségesnél jóval nagyobb típusú motor használatára. Különösen akkor, ha a sebesség meglehetősen alacsony a tipikus motorfordulatszámhoz képest.
A nyomaték és a sebesség korlátai
A hajtás nyomatéka határozza meg a motorgenerátor méretét és típusát. A motor folyamatos nyomatékot igényel, amely nagyobb, mint a generátor nyomatéka. Az üzemmódot figyelembe kell venni a nyomaték vagy a terhelési áram meghatározásakor. A generátor hosszú ideig folyamatosan működik, szakaszos működési ciklusokban vagy csak rövid időközönként? Ennek megfelelően egyenáramú motorra van szükség, elegendő folyamatos nyomatékkal vagy folyamatos árammal. A motor sebességkorlátozását is be kell tartani. A meglehetősen alacsony sebesség miatt azonban ez általában nem jelent kihívást.
Az áramra és a feszültségre vonatkozó határértékek
A megfelelő tekercselés egy adott motortípushoz az áramra és a létrehozott feszültségre vonatkozó követelményekből adódik. A tekercsnek terhelés alatt is képesnek kell lennie a szükséges U feszültség előállítására. Feltételezve, hogy az generátor rögzített sebessége n, a tekercs által generált Ut feszültségnek nagyobbnak kell lennie, mint U:
A terhelési áram figyelembevétele nélkül a sebességállandót a 2. szabály szerint választjuk meg: A tekercselésnek ezért kellően nagy ellenállásra van szüksége. Mivel a megengedett áramok az ellenállás növekedésével csökkennek, ellenőrizni kell, hogy a folyamatos áram továbbra is elegendő-e.
Az 1. ábra nagyon szépen mutatja a különböző tekercselések ellentétes hatásait:
Minél nagyobb a tekercselési ellenállás, annál nagyobb a (terhelés nélküli) feszültség.
De: minél nagyobb a tekercselési ellenállás, annál érzékenyebb a kimeneti feszültség az áram változásaira.
Ezeket az ellentétes hatásokat bizonyos mértékben el lehet kerülni, ha nagyobb motorokat választunk, amelyeknek kisebb az ellenállása ugyanahhoz a generátorállandóhoz (a 3. szabály szerint).
Sebességváltó-motor kombinációk
Használjon sebességfokozatot a nagyon alacsony sebesség növelésére! A maxon motor hajtóművei azonban csak korlátozott mértékben alkalmasak nagyobb sebességű áttételekre. A fordított sebességváltók a legalkalmasabbak: azaz egy vagy két fokozatú bolygókerekes sebességváltók, valamint sarkantyús sebességváltók (vagy speciális kivitelűek).
A sebességváltó-motor kombinációk használatának okai a generátorok gyakran nagyon lassú meghajtó mechanizmusai; mert például szél, víz vagy kéz hajtja őket. Néhány figyelemre méltó szempont és javaslat:
Ezekben az esetekben a sebességváltókat a kimeneti oldalról hajtják. A maxon hajtóműveket azonban nem kifejezetten fordított forgatásra tervezték, és a hatékonyság meglehetősen szerény.
A nagy redukciós fokozatokat (három fokozatú és magasabb) nem lehet megfordítani; így nem fordulnak meg, ha a legnagyobb folyamatos nyomatékkal hajtják őket. Az egy vagy kétlépcsős bolygókerekek megfelelőbbek. Ezeket általában a kimeneti oldalról lehet hajtani.
A sarkantyúk még jobbak. Sokkal könnyebben visszafordíthatók, és ebben az irányban nagyobb a hatékonyság.
Különleges eset: egyenáramú motor DC fordulatszámmérőként
DC sebességmérőknél használjon nemesfém kefékkel ellátott egyenáramú motorokat. Válassza ki a tekercselést a szükséges tacho feszültség és az alkalmazás sebességtartománya szerint! A tekercselési ellenállás itt nem számít, amíg a terhelési ellenállás néhány kW, és az áramok ennek megfelelően kicsiek.