Expert Blog
Motores DC como geradores


Os motores DC com e sem escovas podem ser operados como geradores. No entanto, existem alguns pontos importantes a considerar ao conceber o acionamento.
Por vezes, perguntam-me sobre a sustentabilidade dos motor DC maxon para a utilização como um gerador. Uma vez que os nossos motores são muito eficientes, isto também é verdade quando são operados como geradores. Os cálculos básicos entre velocidade e tensão, bem como entre corrente e binário são muitos simples. De seguida apresentamos algumas regras para uma seleção bem-sucedida.
Tensão DC ou AC?
Regra n.º 1: para gerar tensão DC, selecione um motor DC com escovas ou utilize um motor EC sem escovas (BLDC) com retificador de tensão. Para gerar tensão AC, selecione um motor ED sem escovas e conecte apenas 2 fases. Sensores de Hall não são necessários em motores sem escovas.
Constante de velocidade kn
Muitos geradores são operados a velocidades de 1000 rpm ou inferiores. São velocidades bastante baixas para pequenos motores. Gerar 10 V ou mais a 1000 rpm requer uma constante de velocidade de apenas 100 rpm/V ou menos. Enrolamentos destes são difíceis de encontrar no portefólio da maxon. Existem apenas alguns enrolamentos de alta resistência em motores maiores que satisfazem este requisito. Motores mais pequenos têm constantes de velocidade superiores.
Regra n.º 2: sem considerar a carga, o enrolamento deve possuir uma constante de velocidade de kn < n/u ou inferior. Como alternativa, a velocidade do motor pode ser melhorada através da utilização de um redutor (ver abaixo).
Resistência
A regra n.º 2 requer motores com uma constante de gerador elevada. Infelizmente, estes enrolamentos têm também a maior resistência. A alta resistência reduz a tensão de saída sob carga e a tensão de saída torna-se muito sensível à corrente de carga.
Regra n.º 3: para uma tensão de saída estável ao longo de uma determinada gama de carga, o melhor é selecionar um motor maior que possua uma resistência inferior, mesmo em motores com uma constante de gerador elevada.
Os motores de alto binário EC-i 40 são muito interessantes neste ponto de vista.
Restrições de potência
Não selecione o motor/gerador apenas com base nas considerações de potência. A fim de cumprir os requisitos de binário, poderá necessitar de um motor com uma potência muito mais elevada do que a potência gerada; especialmente se a velocidade do gerador for bastante baixa em comparação com as velocidades típicas do motor.
Limitações de binário e velocidade
A quantidade de binário no gerador define o tamanho e o tipo do motor/gerador. Selecione um tipo de motor com um binário contínuo superior ao binário do gerador. Ao calcular a carga da corrente ou binário, considere o tipo de operação. O gerador será operado continuamente por longos períodos de tempo ou apenas em ciclos de operação intermitente ou durante curtos intervalos? Consequentemente, tem de ser escolhido um tamanho do motor com uma corrente ou binário contínuo suficiente. Considere também a velocidade máxima do tipo de motor. No entanto, devido a velocidades geralmente baixas isto raramente é um problema.
Limitações de corrente e tensão
O enrolamento mais adequado de um determinado tipo de motor resulta dos requisitos de corrente e tensão gerada. Selecione um enrolamento capaz de gerar a tensão U exigida, mesmo sob carga. Assumindo uma velocidade do gerador fixa n, necessitamos de uma tensão gerada do enrolamento Ut superior a U
Sem considerar a carga, selecione a constante de velocidade de acordo com a regra n.º 2, ou seja, um enrolamento com uma resistência suficientemente alta. Uma vez que a capacidade de corrente diminui com o aumento da resistência, certifique-se de que a corrente contínua se mantém suficientemente grande.
Ut = n/kn – Rmot · IL > U
O diagrama mostra muito bem os efeitos ambivalentes de diferentes enrolamentos.
- Quanto maior a resistência do enrolamento, maior será a tensão gerada (sem carga).
- No entanto, quanto maior a resistência do enrolamento, mais sensível se torna a tensão gerada para eventuais alterações da corrente de carga.
Estes efeitos contraditórios podem ser em certa medida eliminados, selecionando motores maiores que apresentem resistências inferiores para a mesma constante de gerador (de acordo com a regra n.º 3).
Combinações motor/engrenagem
Regra n.º 4: utilize redutores para aumentar velocidades muito baixas. No entanto, os redutores maxon não são ideais para serem acionados a partir da saída. Utilize redutores que possam ser inversamente operados, por exemplo, redutores planetários até dois estágios ou redutores de engrenagens de dentes retos. (Ou redutores especialmente concebidos).
O motivo para a utilização de combinações motor/engrenagem é o mecanismo de acionamento muito lento nos geradores; por exemplo, acionado por uma turbina eólica ou hidráulica ou mesmo manualmente. Algumas observações e recomendações:
- Nestes casos, os redutores têm de ser acionados na operação inversa. Contudo, os redutores da maxon não são propriamente concebidos para a operação invertida e a eficiência é baixa.
- Os redutores de alta redução (3 estágios ou superiores) não podem ser inversamente operados, ou seja, não rodam quando acionados a partir da saída com o binário máximo permitido. Poderá utilizar redutores planetários de 1 ou 2 estágios; estes podem ser operados a partir da saída.
- O melhor é utilizar engrenagens de dentes retos em vez de redutores planetários. Os redutores de dentes retos podem ser mais facilmente operados no sentido inverso e a eficiência de acionamento inverso é geralmente superior.
Caso especial: motor DC como taquímetro DC
Regra n.º 5: para taquímetros DC utilize motores DC com escovas de metais preciosos mais adequados para as baixas correntes. Selecione o enrolamento de acordo com a tensão do taquímetro e o intervalo de velocidades necessários para a sua aplicação. Não se preocupe com a resistência do enrolamento, mas certifique-se de que existe uma resistência de carga de vários kΩ para manter pequenas as correntes.