Qual a diferença entre projetos de motores CC e projetos de gerador DC?


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Alguns motores CC também podem ser usados ​​como geradores aplicando torque mecânico no eixo de saída para induzir uma corrente. No entanto, mesmo que um motor CC possa fazer isso, imagino que eles não foram projetados para essa finalidade e, portanto, executam menos eficientemente quando usados ​​como gerador e não como motor.

No meu entendimento admitidamente ingênuo, os geradores de corrente contínua e os motores de corrente contínua são essencialmente as mesmas máquinas, mas com entradas e saídas invertidas. Isso me leva a acreditar que algumas outras considerações de design são usadas para tornar uma direção mais eficiente que a outra.

Qual a diferença entre os geradores de corrente contínua e os motores de corrente contínua projetados para tornar uma direção de entrada / saída mais eficiente que a outra? O que se pode fazer elétrica ou mecanicamente para melhorar a eficiência em qualquer direção?

Em particular, estou interessado em converter um motor DC em um gerador e quero saber como posso melhorar sua eficiência na conversão de energia mecânica em energia elétrica.

Respostas:


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Antigamente, os geradores de corrente contínua eram escovados dispositivos comutados. Eles tinham um ou mais enrolamentos do estator e um enrolamento da armadura. Os geradores de corrente contínua de campo e os motores eram comumente conectados em um dos três métodos: Série, Shunt e Composto. Sem entrar em detalhes, cada um tinha seu próprio conjunto de pontos fortes e fracos. Mas você só precisa se lembrar dessas duas coisas: a tensão de um motor CC depende da velocidade do eixo de entrada. A corrente é uma função do torque. Mais tensão significa mais RPMs e mais amplificadores significa mais newton-metros (ou libras-pé).

Então, com tudo isso, você precisa de uma fonte de velocidade constante para obter uma tensão constante. E você precisa garantir que você tenha torque suficiente para satisfazer a demanda atual de sua carga, caso contrário a tensão diminui. Automóveis antigos tinham comutado geradores. Como não podiam regular a tensão, usavam uma faixa de 10 a 14 volts e usavam um relé que simplesmente fechava quando a velocidade do motor estava dentro da faixa de tensão. Se a tensão foi muito baixa ou muito alta, o relé se abriu. Primitivo pelos padrões de hoje. O Alternador no automóvel de hoje usa um circuito de regulação de tensão que varia a corrente da armadura, que altera a intensidade do campo com base na tensão de saída dos estatores. Velocidade mais baixa significa mais corrente na armadura e menos corrente em velocidades mais altas.

Então, qual a diferença entre os geradores de corrente contínua e os motores? Não é muito diferente. Na verdade, eles diferiam principalmente no projeto mecânico, pois deveriam ser acoplados a um motor primário (vapor, ICE, eletricidade etc.). Porém, em dínamos muito maiores, eles tinham escovas ajustáveis ​​para compensar a mudança no plano de comutação como resultado de fortes cargas de carga. Um volante giraria uma engrenagem helicoidal que avançaria ou retardaria o plano de comutação para trazer o gerador de volta aos seus parâmetros operacionais normais. Você não precisa se preocupar com isso, pois tenho certeza de que seu motor não é capaz de megawatts.

Suponho que seu motor seja um tipo de ímã permanente. Sua RPM na placa de identificação é o que você precisa para girar o motor para obter a tensão na placa de identificação. Isso significa que, se você tiver um motor de 12V que gira a 6000 RPM, precisará de 6000 RPM para obter 12V. Se você não tem uma fonte de velocidade constante, não tem como regular a tensão. Você precisaria de um regulador de comutação para aumentar a tensão do seu motor.

Se você estiver usando isso para um projeto de energia renovável, como o vento ou a hidrelétrica, um controlador de carga geralmente é projetado para um amplo balanço de tensão de entrada por meio de um regulador buck / boost. Os painéis solares são uma analogia próxima a um gerador DC de ímã permanente, sem regulação de tensão interna e uma quantidade variável de energia de entrada. O sol pode estar brilhando um minuto e um minuto atrasado, ser bloqueado por uma nuvem. Portanto, o controlador de carregamento faz o possível para gerar uma tensão constante útil a partir de sua entrada variável. A partir daí, use baterias de armazenamento para capturar essa energia para uso posterior e atuar como um buffer para eventos de baixa entrada.

E apenas para referência, um motor CA também pode gerar energia se você girá-lo mais rapidamente do que a RPM da placa de identificação, geralmente em velocidade síncrona. Mas, novamente, nenhuma regulação de tensão e uma velocidade constante são necessárias. Mais problemas do que vale a pena. Observe também: os aviões a jato usam um regulador de velocidade mecânico muito elaborado para produzir velocidades constantes do eixo, o que garante uma frequência CA constante de 60 ou 400Hz à medida que o acelerador varia.


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Os geradores de corrente contínua, ou dínamos de qualquer tamanho significativo, são bastante raros atualmente. É muito mais comum usar um gerador de CA (alternador) com um retificador externo.

Não tenho uma resposta oficial para sua pergunta, mas não vejo realmente nenhuma razão para que elas sejam diferentes de maneira significativa. Todos os problemas relacionados à resistência mecânica, ao design do campo magnético e às características elétricas são praticamente os mesmos, independentemente da maneira como a energia está realmente fluindo.


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Bem, primeiro, os dínamos precisam de energia de arranque ou de ímãs permanentes, pois não podem depender apenas de eletroímãs no estator; você não gera eletricidade movendo um fio sem corrente ao lado de outro fio sem corrente.

Um motor DC de ímã permanente atuará como um dínamo se você fornecer potência de rotação ao seu eixo, portanto não há muita diferença aqui. O comutador pode estar alinhado de maneira um pouco diferente, ignorando a necessidade de interromper cedo, quando o campo magnético travaria o motor; não haveria preocupação em não criar uma 'zona morta' onde o motor não arrancasse, não fosse puxado por um ímã vizinho. Se alguma coisa, o dispositivo seria consideravelmente mais simples.

Agora, se você deseja ativar os eletroímãs para o estator, haverá algumas diferenças ... geralmente elas seriam alimentadas por uma fonte externa, que poderia ser carregada do dínamo.

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