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Motori DC come generatori


Sia i motori DC con spazzole che quelli senza spazzole possono fungere da generatori. Tuttavia, in fase di progettazione dell'azionamento, è bene tener conto di alcuni aspetti importanti.
Spesso mi viene chiesto se i motori DC maxon sono adatti o meno all'impiego come generatori. I nostri motori sono particolarmente efficienti, e questo è vero anche quando vengono utilizzati come generatori. I principali calcoli di velocità / tensione e corrente / coppia sono molto semplici. Ecco qui di seguito alcune semplici regole per scegliere il prodotto giusto.
Tensione DC o AC?
Regola numero 1: per generare tensione DC selezionate un motore DC con spazzole o usate un motore EC senza spazzole (BLDC) con raddrizzatore di tensione. Per generare tensione AC, selezionate un motore EC brushless e collegate soltanto 2 fasi. Su motori brushless non è necessario l'impiego di sensori Hall.
Costante di velocità kn
Molti generatori vengono fatti funzionare a regimi pari o inferiori a 1000 rpm. È un regime molto basso per i motori di piccole dimensioni. Per generare 10 V o più a 1000 rpm è necessaria una costante di velocità inferiore o uguale a soli 100 rpm/V. Nella gamma di prodotti maxon è difficile trovare questo tipo di avvolgimenti. Questi requisiti sono soddisfatti solo da pochi avvolgimenti ad alta resistenza su motori più grandi. I motori più piccoli presentano costanti di velocità maggiori.
Regola numero 2: senza considerare il carico, l'avvolgimento dovrebbe avere una costante di velocità kn < n/u o inferiore. In alternativa è possibile aumentare il regime del motore utilizzando un riduttore (vedi sotto).
Resistenza
Secondo la regola numero 2 sono necessari motori con un'elevata costante generatore. Purtroppo questi avvolgimenti presentano anche la resistenza più elevata in assoluto. La resistenza elevata riduce la tensione di uscita sotto carico, di conseguenza la tensione di uscita risulta molto sensibile alla corrente di carico.
Regola numero 3: per una tensione di uscita stabile per una data gamma di carico, selezionare piuttosto un motore di dimensioni maggiori con resistenza inferiore anche sui motori con costante generatore elevata.
I motori EC-i 40 High Torque sono molto interessanti da questo punto di vista.I motori EC-i 40 High Torque sono molto interessanti da questo punto di vista.
Limitazioni di potenza
Non selezionate il motore-generatore tenendo soltanto in considerazione la potenza. Per soddisfare i requisiti di coppia, potrebbe essere necessario un motore con potenza nominale molto più elevata della potenza generata, in particolare se il regime del generatore è piuttosto basso rispetto ai regimi tipici dei motori.
Limitazioni di coppia e velocità
Il valore di coppia del generatore definisce le dimensioni e il tipo di motore-generatore. Selezionate un tipo di motore con coppia continua maggiore della coppia del generatore. Quando viene calcolata la coppia o il carico di corrente, valutate il tipo di funzionamento. Il generatore viene fatto funzionare in maniera continua per periodi prolungati, con cicli intermittenti o solo in brevi intervalli? A seconda del tipo di funzionamento devono essere selezionate dimensioni del motore con corrente o coppia continua sufficienti. Considerate anche il regime massimo del tipo di motore in questione. Dato però che i regimi sono generalmente bassi è difficile che il regime sia un problema.
Limitazioni di corrente e tensione
Per individuare l'avvolgimento più adatto di un dato tipo di motore è necessario tener conto dei requisiti di corrente e tensione generata. Selezionate un avvolgimento in grado di generare la tensione U richiesta anche sotto carico. Supponendo un regime fisso n del generatore, la tensione generata dell'avvolgimento Ut deve essere maggiore di U
Senza considerare il carico, selezionate la costante di velocità secondo la regola numero 2, ovvero un avvolgimento con resistenza sufficientemente elevata. Poiché la capacità di corrente diminuisce all'aumentare della resistenza, assicuratevi che la corrente continua sia ancora sufficiente.
Ut = n/kn – Rmot · IL > U
La tabella mostra chiaramente l'ambivalenza dei vari avvolgimenti.
- Maggiore è la resistenza dell'avvolgimento, maggiore è la tensione generata (in assenza di carico).
- Tuttavia, maggiore è la resistenza dell'avvolgimento, più sensibile è la tensione generata alle modifiche della corrente di carico.
Queste contraddizioni possono essere in parte risolte selezionando motori più grandi che presentano resistenze inferiori per la stessa costante del generatore (secondo la regola numero 3).
Combinazioni motore/riduttore
Regola 4: utilizzate i riduttori per aumentare i regimi particolarmente bassi. Tuttavia l'azionamento tramite l'uscita dei riduttori maxon non è eccellente. Utilizzate riduttori con trasmissione del moto retrogrado, ovvero riduttori planetari con fino a due stadi o riduttori con pignoni in linea (oppure riduttori con design speciale).
Il motivo per cui vengono impiegate combinazioni motore/riduttore è il meccanismo di azionamento particolarmente lento dei generatori, spesso azionati dall'energia del vento, da una turbina idraulica o anche manualmente. Qualche osservazione e raccomandazione:
- In questi casi i riduttori devono essere azionati con moto retrogrado. Tuttavia i riduttori maxon non sono concepiti appositamente per il moto retrogrado, pertanto il rendimento è basso.
- I riduttori che offrono una riduzione elevata (3 stadi e più) non possono essere fatti funzionare con moto retrogrado, quindi non girano quando vengono azionati dall'albero di uscita con la massima coppia consentita. È possibile utilizzare riduttori planetari a 1 o 2 stadi azionabili dall'albero di uscita.
- È preferibile utilizzare riduttori con pignoni in linea invece dei riduttori planetari. Gli ingranaggi con pignoni in linea possono essere fatti funzionare facilmente in moto retrogrado e in generale in questo caso il rendimento è maggiore.
Caso speciale: motore DC come dinamo tachimetrica DC
Regola numero 5: Per le dinamo tachimetriche DC, utilizzate motori DC con spazzole in metalli preziosi perché sono più adatti alle correnti basse. Selezionate l'avvolgimento secondo la tensione della dinamo tachimetrica richiesta e il range di velocità dell'applicazione. Non vi preoccupate della resistenza dell'avvolgimento: assicuratevi semplicemente che sia presente una resistenza di carico di diversi kΩ per mantenere basse le correnti.