直流电动机设计与直流发电机设计有何不同?


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通过将机械转矩施加到输出轴以感应电流,某些直流电动机也可以用作发电机。但是,即使直流电动机可以做到这一点,我也可以想象它们不是为此目的而设计的,因此在用作发电机而不是电动机时,其效率较低。

在我公认的幼稚理解中,直流发电机和直流电动机本质上是同一机器,但是输入和输出相反。这使我相信,可以使用其他一些设计考虑因素来使一个方向比另一个方向更有效。

直流发电机和直流电动机在设计上使输入/输出的一个方向比另一个方向更有效的方式有何不同? 一个人可以通过电气或机械方式提高任一方向的效率?

特别是,我对将直流电动机转换为发电机感兴趣,并且想知道如何提高将机械能转换为电能的效率。

Answers:


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在过去,直流发电机是有刷换向设备。它们具有一个或多个定子绕组和一个电枢绕组。场绕式直流发电机和电动机通常通过以下三种方法之一连接:串联,并联和复合。每个人都有各自的优点和缺点,而无需深入探讨。但是您只需要记住以下两点:直流电动机的电压取决于其输入轴速度。电流是转矩的函数。更高的电压意味着更高的RPM,而更多的安培则意味着更高的牛顿米(或英尺-磅)。

因此,您需要一个恒速源来获得恒定电压。并且您需要确保有足够的扭矩来满足负载的电流需求,否则电压会下降。老式汽车使发电机换向了。他们无法调节电压,因此他们使用的电压范围约为10-14伏,并使用了一个继电器,当发动机转速在该电压范围内时,继电器会简单地闭合。如果电压太低或太高,则继电器断开。按当今标准原始。当今汽车中的交流发电机使用电压调节电路来改变电枢电流,该电枢电流会根据定子的输出电压来改变磁场强度。较低的速度意味着更多的电流流向电枢,而较少的电流则具有较高的速度。

那么直流发电机与电动机有何不同?完全没有什么不同。如果有的话,它们在机械设计上的差异最大,因为它们要耦合到原动机(蒸汽,ICE,电气等)上。但是,在更大的发电机中,它们具有可调节的换向器电刷,以补偿由于重载特性而导致的换向平面中的偏移。手轮将转动一个蜗轮,该蜗轮将使换向平面前进或​​后退,以使发电机返回其正常运行参数。您不必担心这一点,因为我确信您的电机不具备兆瓦能力。

我猜您的电动机是永磁型电动机。它的铭牌RPM是您需要旋转电动机以获得铭牌电压的条件。这意味着,如果您有一个以6000 RPM旋转的12V电动机,则需要6000 RPM才能获得12V。如果没有恒速源,则无法调节电压。您需要一个降压-升压型开关稳压器才能从电动机获得恒定电压。

如果将其用于风力或水力发电等可再生能源项目,则通常会通过降压/升压调节器将电荷控制器设计为宽输入电压摆幅。太阳能电池板与永磁直流发电机非常相似,没有内部电压调节,并且输入能量会变化。一分钟零一分钟,太阳可能会闪闪发光,被云遮挡。因此,充电控制器会尽力从其变化的输入中获得有用的稳定电压。从那里,使用蓄电池来捕获电力以备后用,并充当低输入事件的缓冲器。

仅作为参考,如果您旋转交流电动机的速度超过其铭牌RPM的速度(通常为同步速度),则交流电动机也可以发电。但是同样,不需要电压调节和恒定速度。麻烦多于其价值。还要注意的是:喷气飞机使用非常精密的机械调速器来产生恒定的轴速,从而确保在油门变化时恒定的60或400Hz交流频率。


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如今,直流发电机或任何大尺寸的发电机很少见。通常使用带有外部整流器的交流发电机(交流发电机)。

对于您的问题,我没有权威性的答案,但是我真的看不出有任何明显不同的理由。与机械强度,磁场设计和电气特性有关的所有问题几乎都是相同的,而不管功率实际上以哪种方式流动。


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好吧,首先,发电机确实需要一些启动动力或永磁体,因为它们不能仅依靠定子中的电磁体。将没有电流的电线移到没有电流的另一电线旁边不会产生任何电能。

如果向其轴提供旋转动力,则永磁直流电动机将充当发电机,因此此处没有太大区别。换向器的排列可能略有不同,忽略了磁场会使电动机制动时尽早切断的必要。不用担心不会在电机不会启动,不会被相邻磁铁拉动的情况下创建“死区”。如果有的话,该设备将大大简化。

现在,如果您要为定子使用电磁体,将会有一些区别……通常它们将由外部电源供电,然后可以从发电机充电。

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