آیا یک موتور BLDC می تواند به عنوان یک ژنراتور کار کند؟ راهنمای عملی برای خریداران و سازندگان

شفت یک موتور کولر هوای تبخیری سه فاز را با دست بچرخانید و یک متر روی دو تا از سیم های آن قرار دهید. چند ولت خواهید خواند. آن را به یک مته وصل کنید و آن را به 1500 دور در دقیقه برسانید و قرائت به ده ها یا صدها ولت افزایش می یابد، بدون اینکه به عقب، بدون تغییر و بدون کنترل کننده متصل شود. این تست تک نیمکت به سوالی پاسخ می دهد که اکثر خریداران را به این موضوع می کشاند: یک موتور BLDC یک ماشین سنکرون با آهنربای دائمی است و یک ماشین سنکرون با آهنربای دائمی نمی داند که آیا گشتاور وارد شفت می شود یا از آن خارج می شود. بله، به عنوان یک ژنراتور کار می کند.

سوال مفیدتر این نیست که آیا می تواند تولید کند، بلکه این است که آیا می تواند چیزی را ایجاد کند که واقعاً می توانید از آن استفاده کنید. یک موتور BLDC برهنه ولت تولید می کند، اما چند ولت، با چه سرعتی، با چه باری، با چه تنظیمی و چه مدت قبل از داغ شدن سیم پیچ، کاملاً به نحوه پیچیدن دستگاه و نحوه راندن آن بستگی دارد. اینها به همان اندازه که تصمیمات فنی هستند، تصمیمات تجاری هستند و دلیل موفقیت یا شکست پروژه های مولد خیلی قبل از اینکه کسی یک دیتاشیت را باز کند، هستند.

پاسخ کوتاه: بله، با سه شرط

یک موتور DC بدون جاروبک هر زمان که روتور آن بچرخد تولید می کند، زیرا آهنرباهای روی روتور از کنار سیم پیچ های استاتور عبور کرده و ولتاژی را در آنها القا می کنند. این اثر همان قانون فیزیکی است که EMF پشتی را ایجاد می کند که درایو خود موتور در طول حرکت معمولی به آن متکی است. هیچ "حالت ژنراتور" خاصی برای فعال کردن وجود ندارد، هیچ سوئیچ سیستم عامل، و هیچ سخت افزاری که باید در دستگاه اضافه شود وجود ندارد.

قبل از اینکه ولتاژ به توان قابل استفاده تبدیل شود، هنوز سه شرط باید رعایت شود:

• سرعت کافی ولتاژ القایی متناسب با سرعت چرخش است. زیر یک دور در دقیقه مشخص، خروجی آنقدر کم است که نمی‌تواند جریان را از طریق یکسوساز، کابل و بار عبور دهد.
• راهی برای تبدیل و تنظیم. ترمینال ها به شما AC سه فاز با فرکانس هایی می دهند که با سرعت تغییر می کند. بیشتر بارها، از باتری ها گرفته تا لامپ ها و اینورترها، به چیزی بهتر از این نیاز دارند.
• فضای سر حرارتی. موتوری با توان 850 وات در کار موتوری به طور خودکار یک ژنراتور 850 وات نیست. فن خنک‌کننده، مسیر جریان هوا و چرخه کار همگی زمانی تغییر می‌کنند که دستگاه از انتهای شفت توسط یک محرک اصلی خارجی رانده می‌شود.

همچنین یک محرومیت شرکتی وجود دارد. موتورهای دارای الکترونیک یکپارچه، مانند موتورهای فن EC با کموتاسیون و برد کنترل داخلی، به عنوان ژنراتور در فرم استاندارد خود قابل استفاده نیستند. قطعات الکترونیکی درایو برای یک جهت جریان برق طراحی شده اند و ماشین پشت آنها غیرقابل دسترسی است مگر اینکه برد آن برداشته شود.

فیزیک متقارن است

در یک ماشین بدون جاروبک با آهنربای دائم، استاتور سیم پیچ ها را حمل می کند و روتور آهنرباها را حمل می کند. هنگامی که جریان در سیم پیچ ها جریان می یابد، میدان مغناطیسی حاصل با آهنرباهای روتور برهمکنش می کند و گشتاور تولید می کند. هنگامی که یک محرک اصلی خارجی به جای آن روتور را می چرخاند، میدان مغناطیسی متحرک ولتاژی را در همان سیم پیچ ها القا می کند. هر دو اثر با یک ثابت توصیف می‌شوند، که تولیدکنندگان معمولاً آن را به عنوان ثابت EMF برگشتی، Ke، بر حسب ولت در 1000 دور در دقیقه، یا به عنوان Kv متقابل آن در rpm در هر ولت نقل می‌کنند.

این ثابت تنها مهم ترین عدد برای هر کسی است که قصد دارد یک موتور را به عنوان یک ژنراتور راه اندازی کند. ولتاژ مدار باز را در هر سرعتی به شما می گوید و همچنین جریان مورد نیاز برای گشتاور معین را تنظیم می کند. ماشینی با Ke پایین ولتاژ مفیدی را در دورهای پایین ارائه می کند اما برای همان توان به جریان بالایی نیاز دارد که تلفات مقاومتی را افزایش می دهد. دستگاهی با Ke بالا در چند صد دور در دقیقه به صدها ولت می رسد، که برای یک باس مستقیم اصلاح شده راحت است اما اگر بخواهید یک بسته باتری 48 ولتی را شارژ کنید، ناخوشایند است.

دو پیامد عملی به دنبال دارد. اول، مقیاس‌های فرکانس خروجی با سرعت و تعداد قطب‌ها: یک ماشین هشت قطبی 100 هرتز خروجی الکتریکی در 1500 دور در دقیقه و 50 هرتز در 750 دور در دقیقه تولید می‌کند که برای ترانسفورماتورها، فیلترها و هر سخت‌افزار متصل به شبکه اهمیت دارد. دوم، شکل موج در هر طرحی یک موج سینوسی تمیز نیست. موتورهای پیچ خورده برای جابجایی شش مرحله ای تمایل دارند یک EMF ذوزنقه ای را نشان دهند که پس از اصلاح خوب است اما می تواند ابزارها و تجهیزاتی را که انتظار موج سینوسی با اعوجاج کم را دارند گیج کند.

آنچه در واقع از سه سرنخ بیرون می آید

یک اسیلوسکوپ را روی دو سیم از سه فاز وصل کنید و یک شکل موج AC سه فاز را مشاهده می کنید که دامنه و فرکانس آن هر دو با سرعت افزایش می یابد. هیچ چیز در مورد خروجی تثبیت نمی شود، زیرا هیچ سیم پیچ میدانی و مدار تحریکی برای تنظیم وجود ندارد. آهنرباها شار ثابتی را تامین می کنند، بنابراین ولتاژ تابعی مستقیم از دور در دقیقه و جریان بار است.

مسیر تبدیل معمولی یک یکسوساز پل سه فازی است که به دنبال آن یک خازن پیوند DC و سپس هر تنظیمی که برنامه نیاز دارد. یک قانون تقریبی برای پل سه فازی که از منبع سینوسی تغذیه می شود این است که خروجی DC بدون بار حدود 1.35 برابر ولتاژ RMS خط به خط است که با افزایش جریان بار به دلیل مقاومت سیم پیچ و افت دیود کاهش می یابد. علاوه بر این، موجی است که با شش برابر فرکانس الکتریکی ظاهر می‌شود، به همین دلیل است که اندازه خازن‌هایی که برای بدترین حالت‌ها کارکرد با سرعت پایین دارند، معمولاً بزرگ‌تر از آن چیزی است که تازه واردان انتظار دارند.

• خروجی اصلاح شده تنظیم نشده است: با افزایش جریان به طور پیوسته کاهش می یابد.
• فرکانس ریپل با سرعت افزایش می یابد، بنابراین فیلترهایی با اندازه 600 دور در دقیقه سخاوتمندانه در 1500 دور در دقیقه خواهند بود.
• سنسورهای هال و خروجی‌های رمزگذار فقط برای یک درایو مفید هستند، نه برای یک بار غیرفعال.
• خواندن مدار باز پتانسیل سیم پیچ را به شما می گوید. به شما نمی گوید که دستگاه چه چیزی را می تواند به طور مداوم تحویل دهد.

پارامترهایی که تعیین می کنند که آیا کار می کند یا خیر

هنگامی که یک موتور برای وظیفه ژنراتور در نظر گرفته می شود، لیست کوتاهی از مشخصات تقریباً همه چیز را تعیین می کند. بسیاری از آنها قبلاً در پلاک نام یا در برگه اطلاعات موتور ثبت شده اند. بقیه باید از سازنده درخواست شود.

گشتاور گیره شایستگی ذکر جداگانه ای دارد زیرا در تست رانندگی نامرئی است. یک موتور با چسبندگی مشخص ممکن است کاملاً روی منبع تغذیه کار کند، زیرا درایو می تواند از طریق سوراخ ها عبور کند، اما یک توربین بادی کوچک یا یک شارژر با میل لنگ ممکن است به سادگی متوقف شود و هرگز به سرعتی که در آن ولتاژ مفید ظاهر می شود، نرسد. آهنرباهای اریب و ترتیبات سیم پیچی با شکاف کسری راه حل های معمول هستند.

موتور یک ژنراتور هدفمند نیست

ژنراتورهای آهنربایی دائمی ساخته شده از ابتدا برای یک سرعت، یک ولتاژ و یک چرخه کاری بهینه شده اند. موتوری که مجدداً به عنوان ژنراتور استفاده می شود برای خروجی شفت، موج گشتاور کم و یک ولتاژ محرک خاص بهینه شده است. شکاف بین این دو امری نظری نیست. آن را در بهره وری، مقررات و هزینه نشان می دهد.

برای اکثر پروژه‌های کمتر از چند کیلووات، پاسخ عملی یک موتور استوک با سیم‌پیچ دوباره مشخص شده است، زیرا تفاوت الکترومغناطیسی متوسط است و هزینه ابزار یک ژنراتور اختصاصی نیست. بالاتر از آن، محاسبات به نفع یک ماشین هدفمند است.

جایی که رویکرد موتور به عنوان ژنراتور واقعاً کار می کند

این رویکرد در برنامه‌هایی با قدرت متوسط، پنجره‌های ولتاژ متحمل و یک محرک اصلی که سرعت آن حداقل تقریباً قابل پیش‌بینی است، اثبات شده است. نمونه‌های معمولی عبارتند از توربین‌های بادی کوچک، تاسیسات میکرو آبی، سکوهای تمرین و آزمایش، ترمز احیاکننده در سیستم‌های کششی کوچک و شارژرهای قابل حمل موتوردار.

• باد کوچک و میکرو آبی: یک دستگاه PM کم گیره با Ke مناسب یک بانک باتری را از طریق یکسو کننده و یک مبدل تقویت کننده شارژ می کند.
• ترمز احیا کننده: ماشینی که چرخ را به حرکت در می آورد، انرژی را نیز بازیابی می کند، که دقیقاً همان کاری است که موتوری که به عنوان ژنراتور استفاده می شود، طبق تعریف انجام می دهد.
• میز و دستگاه تست: یک دستگاه BLDC که روی یک درایو بارگذاری می شود، یک دینامومتر قابل کنترل و ارزان می سازد.
• روشنایی مستقل و شارژ باتری: در باند 20 وات تا 500 وات، فریم‌های موتورهای خنک‌کننده هوا و فن‌های کوچک نقطه شروع رایج هستند، زیرا جمع و جور، ارزان و از نظر مقدار در دسترس هستند.

در این باند کم مصرف، موتورهای خنک‌کننده هوای روتور خارجی یک کاندید طبیعی هستند، زیرا آهن‌رباهای روتور از قبل در قسمت بیرونی استاتور قرار دارند، فریم‌ها کوتاه هستند و سیم‌پیچ‌ها را می‌توان برای ثابت بازگشت EMF هدف بدون ابزار جدید مجدداً مشخص کرد.

موتور کولر خارجی BLDC 220 ولت 600 وات DC149 موتور کولر هوای BLDC با روتور خارجی 220 ولت 600 وات کم مصرف با IP55 و عایق کلاس F، مناسب برای سرمایش صنعتی. قبل از سفارش، ثابت های سیم پیچ را بررسی کنید. مشاهده محصول →

نکته مهم این است که اینها واحدهای تولید انبوه هستند که برای بارهای فن بهینه شده اند، بنابراین قبل از سفارش، Ke اندازه گیری شده، مقاومت خط به خط و حداکثر دمای مجاز سیم پیچ را بخواهید، نه فقط توان نامی.

جایی که از هم می پاشد: حالت های عملی شکست

بیشتر ساخت‌های ناامیدکننده ژنراتورها به دلایلی که ربطی به الکترومغناطیسی ندارند از کار می‌افتند. موارد رایج ارزش فهرست کردن را دارند زیرا همه آنها با کمی دقت قابل اجتناب هستند.

• اضافه ولتاژ در سرعت بالا ولتاژ مدار باز بالاترین ولتاژی است که دستگاه تا کنون تولید کرده است. توربین بادی که بار خود را در یک طوفان از دست می دهد می تواند در عرض چند ثانیه پیوند DC را از رتبه خازن و اینورتر عبور دهد.
• بدون مقررات خروجی هم سرعت و هم جریان را دنبال می کند. هر چیزی که به یک ریل پایدار نیاز دارد باید یک مبدل، یک بار تخلیه یا یک باتری با ظرفیت کافی اضافه کند.
• گرم شدن بیش از حد. جریان پیوسته توسط دمای سیم پیچ محدود می شود و وظیفه ژنراتور اغلب به معنای مسیر جریان هوا متفاوت از مسیری است که روکش فن برای آن طراحی شده است.
• مغناطیس زدایی مغناطیسی اضافه بار پایدار در دمای سیم پیچ بالا، شار مغناطیسی را کاهش می دهد که خروجی را برای همیشه کاهش می دهد.
• عدم تطابق مکانیکی کشش تسمه و آویز قرقره یاتاقان جلو را در جهتی که پایه اصلی هرگز پیش بینی نمی کرد، بار می کند.
• انتظارات چرخشی اشتباه توالی فاز خروجی با جهت معکوس می شود. یکسوساز سه فاز اهمیتی نمی دهد، اما یک سیستم همزمان یا گره خورده اهمیتی نمی دهد.

فریم‌های پرقدرت از نظر حرارتی بهتر عمل می‌کنند، زیرا مساحت سطح بیشتری به ازای هر وات تلفات دارند، اما همچنین ولتاژ بالاتری را با همان سرعت تولید می‌کنند که مشکل را به سمت الکتریکی می‌برد.

موتور کولر خارجی BLDC 220 ولت 1500 وات DC198 موتور BLDC روتور خارجی 220 ولت 1500 وات برای خنک کننده های تبخیری سنگین و تهویه بزرگ، با عایق F و درایور اختیاری. ولتاژ پرسرعت را در نظر بگیرید. مشاهده محصول →

برای هر قاب بالاتر از تقریباً 1 کیلو وات، روی یک مرحله مبدل با درجه ولتاژ ورودی که شرایط مدار باز را با بالاترین سرعتی که موتور اصلی می‌تواند به آن برسد، پوشش می‌دهد، نه نقطه کار اسمی.

یک نمونه اندازه کار شده

اعداد مبادلات را مشخص می کنند. یک موتور BLDC روتور خارجی 220 ولت، 850 وات با ثابت EMF 180 ولت خط به خط RMS در 1000 دور در دقیقه و مقاومت خط به خط حدود 1.1 اهم. با موتور و تسمه کوچک آن را در دور 900 برانید.

• ولتاژ خط به خط مدار باز: 0.9 x 180 = 162 V RMS.
• DC بدون بار اصلاح شده: حدود 1.35 x 162 = 219 ولت.
• در جریان بار 6 آمپر، افت مقاومتی: تقریباً 7 ولت، حدود 212 ولت در پایانه ها می دهد.
• تلفات مس در سیم پیچ: تقریباً 3 x (6 / 1.22) مربع x 0.55، که نزدیک به 40 وات است.

نتیجه یک خروجی الکتریکی قابل استفاده 1.27 کیلووات با سرعت راحت است، با این تفاوت که این میزان از درجه بندی قاب بیشتر است و سیم پیچ به طور مداوم از آن دوام نمی آورد. جریان را به 3 A برسانید و اعداد تقریباً 560 وات خروجی با حدود 10 وات تلفات مس می شوند که یک نقطه پیوسته معقول با حاشیه سالم است.

حالا هدف را تغییر دهید. فرض کنید بار یک باتری 48 ولتی به جای باس 200 ولت باشد. کاهش سرعت به 300 دور در دقیقه مدار باز خط به خط 54 ولت را می دهد که تا حدود 73 ولت اصلاح می شود، اما افت کمتر از 8 A تقریباً 9 ولت است و تلفات مس تا حدود 70 وات افزایش می یابد. ولتاژ اکنون بسیار کم است و تلفات برای توان مورد نظر بسیار زیاد است، که سیگنال کلاسیک اشتباهی است که سیم پیچی کار است. راه حل صحیح سرعت بیشتر نیست، بلکه یک استاتور با Ke کمتر است.

موتور کولر خارجی BLDC 220 ولت 850 وات DC149 موتور کولر هوای BLDC با روتور خارجی 850 وات 220 ولت با طراحی فن مستقیم و حفاظت IP55. انواع سیم پیچی می توانند اهداف مختلف ولتاژ و تلفات را برطرف کنند. مشاهده محصول →

چه چیزی را در RFQ به یک کارخانه موتور قرار دهیم

از آنجا که یک سیم پیچی که مجدداً مشخص شده است معمولاً ارزان‌تر از یک ماشین جدید است، سریع‌ترین مسیر از مفهوم تا سخت‌افزار درخواست روشنی برای قیمت‌گذاری است. سازندگانی که موتورهای BLDC و آهنربای دائمی را در حجم می‌سازند، معمولاً می‌توانند نوع دیگری را با تعداد دورهای متفاوت، گیج سیم متفاوت و شفت یا رابط اصلاح‌شده بدون ابزار جدید عرضه کنند.

• ولتاژ و جریان مورد نظر را با سرعت مشخص شده به اضافه حداکثر سرعتی که موتور اصلی می تواند به آن برسد، تعیین کنید.
• ثابت EMF برگشتی مورد نیاز، یا ولتاژ مدار باز که در یک دور در دقیقه شناخته شده اندازه گیری می شود.
• جریان پیوسته و پیک، با چرخه کاری و دمای محیط مورد انتظار.
• رابط مکانیکی: قطر و طول شفت، کلید یا تخت، فلنج نصب، جهت چرخش.
• الزامات زیست محیطی: رتبه IP، رطوبت، گرد و غبار، نمک یا قرار گرفتن در معرض شستشو.
• آیا یک مجموعه سنسور هال یا رمزگذار برای کنترل مورد نیاز است یا فقط برای ابزار دقیق.
• داده های تأیید: Ke اندازه گیری شده، مقاومت خط به خط و آزمایش ولتاژ بدون بار در یک سرعت.

سمت ساخت دستگاه به اندازه سیم پیچ اهمیت دارد. طراحی روتور با آهنربای دائمی، تعداد قطب‌ها و ترتیب شکاف‌ها، شکل موج EMF و رفتار دندان‌بندی را تعیین می‌کنند، و تامین‌کننده‌ای که این ماشین‌ها را به‌طور معمول می‌سازد، می‌تواند مبادلات را به زبان ساده توضیح دهد. یک پس زمینه مفید خواندنی است راهنمای ساخت موتور BLDC و روتورهای آهنربای دائمی ، که به کادر بندی سوالات در مورد درجه آهنربا و هندسه شکاف کمک می کند.

زمینه برنامه نیز مهم است. اگر ژنراتور پشت یک فن یا دمنده قرار گیرد، همان خانواده موتورهایی که در آن استفاده می شود کاربردهای فن صنعتی یک نقطه شروع معقول هستند، زیرا محدوده سرعت، الگوهای نصب و ترتیبات بلبرینگ آنها از قبل با آن نوع محرک اصلی و مشخصات بار مطابقت دارد.

خلاصه صادقانه این است که یک موتور BLDC یک ژنراتور کاملاً قابل سرویس می سازد تا زمانی که پروژه به جای اینکه بر خلاف آن باشد، بر اساس ماهیت آن طراحی شده باشد. ولتاژ خود را تنظیم نمی کند، اضافه بار مداوم را تحمل نمی کند و فقط با سرعتی که سیم پیچش برای آن انتخاب شده به خوبی کار می کند. ثابت back-EMF را درست برای محرک اصلی و بار دریافت کنید، یک یکسو کننده و یک مرحله مبدل با فضای بالای ولتاژ کافی اضافه کنید، محدودیت های حرارتی سیم پیچ را رعایت کنید، و ماشین برای سال ها رفتار قابل پیش بینی دارد. سیم پیچ را اشتباه بگیرید و هیچ مقدار الکترونیک اضافی بازده از دست رفته به دلیل عدم تطابق ولتاژ و نقطه کار جریان را بازیابی نمی کند.