Czym różnią się konstrukcje silników prądu stałego od generatorów prądu stałego?

Niektóre silniki prądu stałego mogą być również używane jako generatory poprzez zastosowanie mechanicznego momentu obrotowego na wał wyjściowy w celu indukcji prądu. Jednak nawet jeśli silnik prądu stałego może to zrobić, wyobrażam sobie, że nie zostały zaprojektowane do tego celu i dlatego działają mniej wydajnie, gdy są używane jako generator, a nie jako silnik.

W moim naiwnym zrozumieniu generatory prądu stałego i silniki prądu stałego są zasadniczo tą samą maszyną, ale z odwróconymi wejściami i wyjściami. To prowadzi mnie do przekonania, że ​​niektóre inne rozważania projektowe są wykorzystywane, aby uczynić jeden kierunek bardziej wydajnym od drugiego.

Jak inaczej generatory prądu stałego i silniki prądu stałego są zaprojektowane tak, aby jeden kierunek wejścia / wyjścia był bardziej wydajny niż drugi? Co można zrobić elektrycznie lub mechanicznie, aby poprawić wydajność w obu kierunkach?

W szczególności jestem zainteresowany konwersją silnika prądu stałego na generator i chcę wiedzieć, jak mogę poprawić jego wydajność w przetwarzaniu energii mechanicznej na energię elektryczną.

W dawnych czasach generatory prądu stałego były czyszczonymi urządzeniami komutowanymi. Mieli jedno lub więcej uzwojeń stojana i uzwojenia twornika. Generatory prądu stałego uzwojone w terenie oraz silniki były powszechnie łączone w jeden z trzech sposobów: szeregowy, bocznikowy i mieszany. Bez wchodzenia w szczegóły każdy z nich miał swój zestaw mocnych i słabych stron. Trzeba tylko pamiętać o tych dwóch rzeczach: napięcie silnika prądu stałego zależy od prędkości obrotowej wału wejściowego. Prąd jest funkcją momentu obrotowego. Wyższe napięcie oznacza więcej obrotów na minutę, a więcej wzmacniaczy oznacza więcej niutonometrów (lub funtów stóp).

W związku z tym potrzebujesz źródła stałej prędkości, aby uzyskać stałe napięcie. Musisz upewnić się, że masz wystarczający moment obrotowy, aby zaspokoić bieżące zapotrzebowanie na obciążenie, w przeciwnym razie napięcie spadnie. Stare samochody zamieniały generatory. Nie mogli regulować napięcia, więc zastosowali zakres około 10-14 woltów i zastosowali przekaźnik, który po prostu zamknął się, gdy prędkość silnika była w zakresie napięcia. Jeśli napięcie spadnie za niskie lub za wysokie, przekaźnik się otworzy. Prymitywne według dzisiejszych standardów. Alternator w dzisiejszym samochodzie wykorzystuje obwód regulacji napięcia, który zmienia prąd twornika, który zmienia natężenie pola na podstawie napięcia wyjściowego stojanów. Niższa prędkość oznacza większy prąd do zwory i mniejszy prąd przy wyższych prędkościach.

Czym różniły się generatory prądu stałego od silników? Wcale nie bardzo różne. W ogóle różniły się głównie konstrukcją mechaniczną, ponieważ miały być sprzężone z głównym napędem (para, lód, elektryczny itp.). Chociaż w znacznie większych dynamach mieli regulowane szczotki komutatorowe, aby skompensować przesunięcie w płaszczyźnie komutacji w wyniku dużych obciążeń charakterystycznych. Koło ręczne obracałoby przekładnię ślimakową, która przesuwałaby lub opóźniała płaszczyznę komutacyjną, aby przywrócić generator do normalnych parametrów pracy. Nie musisz się tym martwić, ponieważ jestem pewien, że Twój silnik nie jest w stanie megawat.

Zgaduję, że twój silnik jest silnikiem z magnesem trwałym. Jego obroty na tabliczce znamionowej są tym, czego potrzebujesz, aby obrócić silnik, aby uzyskać napięcie na tabliczce znamionowej. Oznacza to, że jeśli masz silnik 12 V, który obraca się z prędkością 6000 obr / min, potrzebujesz 6000 obr / min, aby uzyskać 12V. Jeśli nie masz źródła stałej prędkości, nie możesz regulować napięcia. Potrzebny byłby regulator przełączający buck-boost, aby uzyskać stałe napięcie z silnika.

Jeśli używasz tego do projektu energii odnawialnej, takiego jak wiatr lub woda, regulator ładowania jest zwykle zaprojektowany do szerokiego wahania napięcia wejściowego za pośrednictwem regulatora buck / boost. Panele słoneczne są bliską analogią do generatora prądu stałego z magnesem trwałym, bez wewnętrznej regulacji napięcia i zmiennej ilości energii wejściowej. Słońce może świecić jasno minutę i minutę spóźnione, blokowane przez chmurę. Tak więc kontroler ładowania dokłada wszelkich starań, aby wytworzyć użyteczne napięcie stałe ze zmieniającego się wejścia. Stamtąd użyj akumulatorów, aby przechwycić tę moc do późniejszego wykorzystania i działać jako bufor dla zdarzeń o niskim poziomie wejściowym.

I tylko dla odniesienia, silnik prądu przemiennego może również generować moc, jeśli zakręcisz go szybciej niż jego tabliczka znamionowa RPM, zwykle z prędkością synchroniczną. Ale znowu, nie jest wymagana regulacja napięcia i stała prędkość. Więcej kłopotów niż jest warte. Warto również zauważyć: samoloty odrzutowe wykorzystują bardzo skomplikowany mechaniczny regulator prędkości, aby wytwarzać stałe prędkości wału, co zapewnia stałą częstotliwość prądu przemiennego 60 lub 400 Hz przy zmianie przepustnicy.

Generatory prądu stałego lub dynamo dowolnej wielkości są obecnie dość rzadkie. Znacznie częściej stosuje się generator prądu przemiennego (alternator) z zewnętrznym prostownikiem.

Nie mam autorytatywnej odpowiedzi na twoje pytanie, ale tak naprawdę nie widzę powodu, dla którego byłyby inne w znaczący sposób. Wszystkie kwestie związane z wytrzymałością mechaniczną, konstrukcją pola magnetycznego i właściwościami elektrycznymi są prawie takie same, niezależnie od tego, w którą stronę rzeczywiście płynie energia.

Po pierwsze, dynamo potrzebuje albo energii rozruchowej, albo magnesów trwałych, ponieważ nie mogą zależeć tylko od elektromagnesów w stojanie; nie generujesz żadnej energii elektrycznej, przesuwając drut bez prądu obok innego drutu bez prądu.

Silnik prądu stałego z magnesem trwałym będzie działał jako dynamo, jeśli zapewnisz moc obrotu do jego osi, więc nie ma tutaj dużej różnicy. Komutator może być ustawiony nieco inaczej, ignorując potrzebę wcześniejszego odcięcia, gdy pole magnetyczne zahamuje silnik; nie byłoby obawy, że nie powstanie „martwa strefa”, w której silnik nie uruchomi się, a nie zostanie przyciągnięty przez sąsiedni magnes. Jeśli już, to urządzenie byłoby znacznie prostsze.

Teraz, jeśli chcesz włączyć elektromagnesy do stojana, będą pewne różnice ... zwykle będą one zasilane ze źródła zewnętrznego, które następnie można będzie ładować z dynamo.