DC 모터를 발전기로 사용하는 방법: 실제 적용, 선택, 성능

서랍 어딘가에는 부서진 장난감, 선풍기, 오래된 프린터에서 구출된 작업을 기다리는 작은 DC 모터가 있습니다. 당신은 그것이 발전기로서 역방향으로 실행될 수도 있다는 것을 읽었으며 이제 그것이 정말로 사실인지 그리고 그것을 올바르게 수행하는 방법을 알고 싶습니다.

짧은 대답: 그렇습니다. 트릭이 필요하지 않습니다. 영구 자석 DC 모터와 영구 자석 DC 발전기는 동일한 기계이며 반대쪽 끝에서만 설명됩니다. 우리는 1988년부터 Yuyao에서 마이크로 DC 모터를 제작해 왔으며, 소형 풍력 터빈을 연결하는 학생들부터 수동 크랭크 충전 옵션을 추가하는 엔지니어에 이르기까지 발전기에 대한 질문이 끊임없이 제기됩니다. 여기에 실제로 중요한 것이 있습니다.

DC 모터를 발전기로 사용할 수 있는 이유

DC 기계 내부의 에너지 변환은 대칭입니다. 자기장 속에 있는 코일을 통해 전류를 밀어 넣으면 코일이 옆으로 밀려 회전자가 회전합니다. 대신 동일한 회전자를 돌리면 코일이 자기장을 통과하여 이를 연결하는 자속이 바뀌고 단자에 전압이 나타납니다. 이것이 바로 지금까지 만들어진 모든 발전기에서 수행되는 일을 정확히 수행하는 패러데이의 유도 법칙입니다.

브러시형 DC 모터를 매우 편리하게 만드는 것은 정류자입니다. 전기자 내부에서는 각 코일이 북극과 남극 아래를 통과하기 때문에 유도 전압이 교대로 발생합니다. 정류자는 정확한 순간에 외부 세계와의 연결을 교환하므로 두 단자는 고정된 극성을 유지합니다. 이는 기계식 정류기이며 브러시 모터가 단일 전자 부품 없이 DC를 전달하는 이유입니다.

깔끔한 부분은 하나의 숫자가 두 가지 작업을 수행한다는 것입니다. 모터가 볼트당 얼마나 빨리 회전하는지 알려주는 전압 상수는 모터가 회전당 얼마나 많은 전압을 생성하는지 알려줍니다. 무부하 정격 12V 및 6,000rpm 모터는 다른 모터가 최대 6,000rpm까지 회전할 때 대략 12V를 생성합니다.

브러시형 또는 브러시리스: 전선에서 나오는 것

두 가족 모두 발전할 수 있지만 서로 다른 전기를 공급하며 그 차이에 따라 나머지 회로가 수행해야 하는 작업량이 결정됩니다.

브러시형 DC 모터는 직류를 전달합니다.

샤프트를 회전시키면 DC가 단자에 나타나고 정류 상단에 잔물결이 생깁니다. 와이어 2개, 다른 것이 필요하지 않으며 멀티미터에 판독값이 즉시 표시됩니다.

3상 교류 전류를 전달하는 브러시리스 DC 모터

브러시리스 모터에서는 권선이 고정자에 있고 자석이 회전하므로 샤프트를 회전시키면 고정자 리드에 3상 전압(일반적인 BLDC에서는 사다리꼴, PMSM에서는 정현파)이 유도됩니다. 기계적으로 정류할 수 있는 방법은 없으므로 해당 에너지로 배터리를 충전하려면 3상 브리지와 평활 커패시터 또는 능동 정류를 지원하는 컨트롤러가 필요합니다.

모터를 발전기로 단계별로 전환하기

대부분의 사람들은 이미 벤치에 있는 모터로 시작하는데 이는 매우 좋은 접근 방식입니다. 장난감 및 휴대용 기기에 사용되는 소형 브러시 모터는 영구 자석을 포함하고 단 수백 rpm에서만 판독 가능한 전압을 생성하기 때문에 최초의 풍력 터빈 또는 수동 크랭크 실험을 위한 고전적인 선택입니다.

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1. 올바른 기계로 시작하세요. 영구자석이 있어야 합니다. 장난감, 팬 또는 프린터의 브러시 영구 자석 모터가 적합하며 브러시리스 모터도 마찬가지입니다. 유도 및 상처 현장 기계는 동일한 방식으로 작동하지 않습니다.
2. 전자 장치를 분리하십시오. 모터가 드라이버 보드, 속도 컨트롤러 또는 배터리 팩과 함께 제공된 경우 이를 분리하십시오. 당신은 원시 모터 터미널을 원합니다.
3. 샤프트를 원동기에 연결합니다. 샤프트를 꾸준히 회전시키는 한 수동 크랭크, 프로펠러, 수차 또는 터빈이 적합합니다.
4. 개방 회로 전압을 측정합니다. 브러시 모터의 경우 멀티미터를 DC 전압으로 설정하고 브러시 없는 모터의 경우 AC 전압으로 설정한 다음 손으로 회전하고 속도에 따라 판독값이 나타나는지 확인합니다.
5. rpm당 볼트를 기록해 두십시오. 알려진 속도로 회전하고 전압을 기록하면 다른 모든 것의 크기를 결정하는 데 필요한 상수가 있습니다.
6. 필요한 경우 수정하십시오. 브러시리스 모터용 3상 브리지 및 커패시터; 브러시된 단자에는 일반적으로 단자 전체의 커패시터로 충분하며, 배터리에 전원을 공급하는 경우 차단 다이오드도 추가됩니다.
7. 하중을 추가하고 다시 측정하십시오. 권선 저항을 통해 흐르는 전류에는 항상 볼트 비용이 발생하므로 전압이 저하될 수 있습니다.
8. 열과 브러시 아크에 주의하십시오. 모터가 뜨거워지면 흘릴 수 있는 것보다 더 많은 전류를 끌어들이게 됩니다.

현실적으로 얼마나 많은 전압과 전력을 얻을 수 있습니까?

전압은 속도에 따라 거의 선형적으로 확장되므로 산술이 쉬워집니다. 정격 전압을 무부하 속도로 나누면 발전기 상수를 얻습니다. 1,000rpm당 1~3V 사이에서 일정하게 유지되는 일반적인 마이크로 모터의 경우, 게으른 수동 크랭크가 1~2V를 생성하는 반면 수천 rpm으로 회전하는 터빈은 모터의 정격 전압에 도달할 수 있습니다.

개방 회로 전압은 낙관적인 수치입니다. 전류가 흐르면 전류에 권선 저항을 곱한 만큼 단자 전압이 떨어집니다. 소형 모터의 경우 전기자 저항은 몇 옴일 수 있으므로 앰프 하나를 당기면 몇 볼트의 비용이 발생할 수 있습니다. 부하를 연결한 상태에서 다시 측정하십시오. 이것이 회로가 실제로 보는 수치입니다.

힘은 토크를 따릅니다. 발전기가 전달하는 전류는 샤프트에 적용되는 토크에 비례하므로 저속에서 약한 원동기는 전류가 거의 없는 상태에서 전압을 제공합니다. 대략적인 지침으로, 정격 속도의 적절한 비율로 구동되는 소형 브러시 모터는 사용자가 입력한 기계적 출력의 절반에서 3/4 사이에서 반환되며 권선 저항, 브러시 드롭, 베어링 마찰 및 철 손실이 나머지를 차지합니다.

발전기 역할을 위한 모터 선택

특별히 생성할 모터를 선택하는 경우 라벨의 숫자를 살펴보고 대신 몇 가지 특성을 확인하십시오.

• 예외 없이 영구자석. 페라이트 또는 희토류 자석은 여기 필드를 무료로 제공하므로 이렇게 작은 기계에서 생성이 가능합니다.
• 권선 저항이 낮으므로 기계적 입력이 구리에서 열로 변하는 경우가 적습니다.
• 낮은 무부하 전류와 부드러운 코깅. 가벼운 미풍이나 수동 크랭크가 원동력일 때 부드러운 전기자가 더 적은 노력으로 회전하기 시작하기 때문입니다.
• 귀하의 드라이브에 적합한 속도 등급입니다. rpm에 따라 전압이 증가하므로 모터가 더 빠를수록 유용한 출력에 도달하기 위해 더 적은 회전이 필요합니다.
• 신중하게 사용되는 기어박스입니다. 정상 작동 시 기어 모터는 속도와 토크를 교환합니다. 세대에서는 추가 마찰과 손실을 허용하는 한 반대 방향으로 실행할 수 있으며 느린 수차가 모터 샤프트를 훨씬 더 빠르게 회전시킬 수 있습니다.

무부하 상태에서 쉽게 회전하고 전류를 거의 소비하지 않는 모터는 가장 친숙한 발전기가 되는 경향이 있으며, 이는 에너지 절약형 브러시 디자인을 카탈로그에 보관하는 이유 중 하나입니다. 에너지가 반대 방향으로 흐를 때 예측 가능하게 작동하며 손실이 적으므로 권선보다는 회로에 더 많은 노력이 필요합니다.

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사람들을 사로잡는 실수

• 어떤 모터라도 작동할 것으로 기대합니다. 음영 극 또는 3상 유도 모터는 외부 여기 없이는 유용한 출력을 생성하지 않습니다.
• 너무 느리게 회전합니다. 전압은 속도에 비례하므로 여유롭게 크랭크를 돌리면 거의 아무것도 얻을 수 없습니다.
• 브러시리스 모터를 수리하는 것을 잊어버렸습니다. 배터리 단자에 공급되는 3상 AC는 무언가를 손상시킬 수 있는 좋은 방법입니다.
• 원래 컨트롤러를 연결된 채로 둡니다. 자체 출력 단계를 통해 드라이버를 백피딩하는 것은 거의 잘 끝나지 않습니다.
• 브러시 마모를 무시합니다. 브러시는 소모품이며 가끔 모터를 사용하는 것보다 지속적인 발전 의무가 더 어렵습니다.
• 원동기에 과부하가 걸립니다. 전류는 토크에 비례하므로 부하가 높은 발전기는 이를 구동하는 터빈을 정지시킬 수 있습니다.
• 개방 회로 전압을 신뢰합니다. 작동 전압이 아닙니다. 숫자를 중심으로 디자인하기 전에 부하 상태를 측정하십시오.

발전기로서의 모터가 이미 실제 제품에 등장하는 곳

회생 제동은 생산 형태의 발전기로서의 모터입니다. 전기 자동차가 속도를 늦출 때, 무선 드릴이 방아쇠를 풀 때, 로봇 팔이 감속할 때 컨트롤러는 기계가 브레이크 역할을 하게 하고 회수된 에너지를 팩으로 다시 밀어 넣습니다. 로봇 공학에서는 이것이 일상적인 일이며, 동일한 관절이 로봇을 구동합니다. 산업용 로봇 우리는 소비하기보다는 생성하는 모든 사이클의 일부를 소비하기 위해 모터를 공급합니다.

이와 같은 응용 분야에는 극적인 변화 없이 수천 번의 방향 변화를 견딜 수 있는 모터가 필요하며, 이것이 바로 당사 로봇 제품군의 부드럽게 작동하는 브러시 디자인이 만들어진 이유입니다.

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소규모에서는 수동으로 회전하는 손전등과 라디오, 태엽을 감는 횃불, 소형 풍력 터빈, 마이크로 수력 장치, 운동용 자전거, 문, 개찰구, 자동판매기에서 에너지를 수확하는 세대가 등장합니다. 이들 중 어느 것도 특수 제작된 발전기가 필요하지 않습니다. 영구 자석 모터, 합리적인 기어비 또는 속도 일치, 출력이 DC여야 하는 정류기가 필요합니다.

샤프트를 돌리기 전 마지막 한마디

우리는 1988년부터 마이크로 DC 모터를 만들어 왔습니다. 즉, 마이크로 DC 모터 중 상당수가 때로는 의도적으로, 때로는 우연히 회로의 생성 측면에서 끝나는 것을 지켜봤습니다. 하나의 모터가 구동하고 생성해야 하는 제품을 작업하는 경우 염두에 두고 있는 전압, 속도, 토크 및 듀티 사이클을 알려주시면 표준 브러시 모델, 브러시리스 디자인 또는 기어 장치 등 옵션 범위를 좁힐 수 있도록 도와드리겠습니다.

먼저 이러한 모터가 실제 장비에서 어떻게 작동하는지 확인하려면 다음 개요를 참조하세요. 가장 일반적인 브러시 DC 모터 애플리케이션 시작하기 좋은 곳입니다.