Как выбрать наиболее эффективный двигатель для генератора?

Добавлено вверху, поскольку обновленный вопрос изменяет лучший ответ:

Я строю генератор, предназначенный для выдачи трехфазной мощности для промышленных применений. ... Идея (в лучшем случае) состоит в том, чтобы несколько человек катались на велосипедах, а затем преобразовывали энергию в трехфазное электричество. ...
Я не уверен, создавать ли переменный ток (и использовать частотно-регулируемый привод для преобразования его в трехфазное питание) или использовать постоянный ток, а затем преобразовывать его в трехфазное питание. Идея состоит в том, чтобы [использовать] стационарный велосипед [ы] (вероятно, просто велосипед на подставке) для вращения вала генератора.

Мои предыдущие общие комментарии ниже по-прежнему применимы, но мой конкретный ответ таков:

Есть несколько способов сделать это, и ни один из них не является «лучшим», так как все являются компромиссными, а окончательная конфигурация зависит от сделанных предположений.
Однако, если вам нужна промышленная норма переменного тока с постоянным напряжением и постоянной частотой, вам почти наверняка нужно накапливать энергию от велосипедов и производить переменный ток из накопителя энергии. Как указано ниже, наиболее вероятным источником питания для велосипеда будет генератор переменного тока с постоянными магнитами, производящий многофазный переменный ток (обычно трехфазный). Напряжение, частота и уровень мощности в значительной степени зависят от пользователя, и лучшим методом, вероятно, будет преобразование этого выхода в постоянный ток, хранение его в батарее, а затем производство переменного тока с фиксированным напряжением фиксированной частоты с использованием преобразователя постоянного тока в переменный — стандартного продукта. .

Хороший способ справиться с велосипедным переменным током - сделать так, чтобы напряжение переменного тока генератора было выше, чем напряжение постоянного тока батареи во всех полезных выходных мощностях и диапазонах скоростей, преобразовать переменный ток в постоянный, а затем «понижающее преобразование» (= понижающее преобразование напряжения) напряжение постоянного тока на уровне заряда батареи. Контроллер зарядного устройства будет обрабатывать входные данные от всех велосипедов и управлять зарядкой аккумулятора. В зависимости от конструктивных требований пользователям может быть предложено крутить педали при постоянной мощности или постоянном напряжении (оба из них могут обеспечиваться контроллером с обратной связью с пользователем) или они могут свободно вводить данные по желанию.

Можно было бы передавать энергию напрямую от выпрямленного велосипедом постоянного тока через понижающие преобразователи на вход преобразователя постоянного тока в переменный напрямую без аккумуляторной батареи - и это, по сути, то, что происходит с большей частью энергии, когда вход пользователя велосипеда <= нагрузка, но полностью безбатарейный работа будет затруднена, так как батарея оказывает стабилизирующее воздействие, а в правильно спроектированной системе источник энергии, который не имеет падения, не соответствует требованиям нагрузки.

В прошлой жизни я разрабатывал контроллеры для генераторов переменного тока, используемых в качестве нагрузки для тренажеров, так что хорошо прочувствуйте, что требуется для выполнения этой задачи. Реалистичные уровни нагрузки для типичной физической формы, но не для пользователей, не являющихся спортсменами.
50 Вт, скажем, один час с разумной легкостью.
100 Вт на один час для очень серьезной работы.
200 Ватт - очень напряжно.
500 Ватт - я мог сделать около 10 секунд :-).

Могу ответить на конкретные вопросы, если они есть.

Это реальная идея или исследование концепции или...?

Учитывая все вышесказанное, схемы, подобные этой, не окажутся экономически выгодными по сравнению с электроэнергией, питаемой от сети, по текущим сетевым ценам.

«Генераторы» выводят постоянный ток напрямую, преобразуя переменное напряжение внутри машины в постоянный. Обычно это делается с помощью коммутатора и щеток - фактически ручного «синхронного выпрямителя». Эта компоновка имеет некоторое сопротивление, сложные механические требования, меньший срок службы и потери в контакте углерода с металлом коммутатора.

Выходной переменный ток «альтернаторов» = «переменный ток» (и напряжение), который преобразуется или «выпрямляется» в постоянный вне самой машины. Электронные методы преобразования и компоненты позволяют этому преобразованию быть высокоэффективным.
Генераторы бывают двух основных «разновидностей»:

• Те, которые создают переменный ток в роторе и передают его в невращающуюся систему отсчета (ту, на которой вы стоите) с контактными кольцами, в то время как фиксированный статор используется для создания поля, в которое вращается ротор для создания переменного напряжения. .

• Те, где переменный ток выполнен в неподвижных обмотках статора, при этом вращающаяся часть (ротор) обеспечивает вращающееся поле, взаимодействующее с неподвижными выходными обмотками для обеспечения переменного тока.
  Есть два основных подмножества этих стационарных намоточных машин.

  • Ротор с обмоткой - вращающееся магнитное поле создается вращающимися обмотками, на которые подается энергия поля постоянного тока через токосъемные кольца. Автомобильные генераторы обычно работают так. Преимущества заключаются в том, что магнетизм, обеспечиваемый намотанной медной катушкой, относительно дешев, а величиной поля можно управлять, изменяя мощность постоянного тока, подаваемую на обмотку. Недостатками являются механическая сложность из-за питания с контактным кольцом и роторов с обмоткой.

  • Ротор с постоянными магнитами. Постоянные магниты создают переменное выходное напряжение в обмотках статора. Преимуществами являются отсутствие необходимости подачи постоянного тока на ротор, относительная простота конструкции ротора, современные высокопрочные редкоземельные магниты позволяют производить генераторы переменного тока с очень высокой плотностью энергии. Недостатки - невозможность контролировать напряженность поля.

Существуют варианты, такие как асинхронные двигатели переменного тока, используемые в качестве генераторов, но их обычно лучше всего использовать для специальных приложений, и ими может быть трудно управлять.

Для вашего приложения, где вам требуется эффективное преобразование энергии и, вероятно, низкая стоимость, низкая сложность и простота «выполнения этого», лучшими решениями являются либо специальный генератор переменного тока, либо бесщеточный двигатель постоянного тока (BLDCM) - размер, соответствующий диапазону мощности, желаемому для каждого случай. Электрически они по существу одинаковы, но один был произведен с учетом роли генератора переменного тока, тогда как другой (BLDCM) был разработан для использования в двигателе, но будет очень хорошо работать в качестве генератора переменного тока. Небольшие специализированные генераторы переменного тока встречаются редко, но BLDCM интересующего диапазона размеров используются «везде». Обычно они встречаются в компьютерных принтерах, игрушках с электроприводом (особенно летающих), дисководах и DVD-приводах и многом другом оборудовании, в котором используются небольшие двигатели.

BLDCM можно переоборудовать для использования в качестве генератора переменного тока, или может быть целесообразно построить собственный генератор переменного тока на основе тех же принципов.

Как указано выше, при использовании в качестве генераторов переменного тока BLDCM имеют роторы с постоянными магнитами и генерируют переменный ток в статоре без механических соединений (таких как щетки или контактные кольца) от ротора к статору. Генерируемый переменный ток преобразуется в постоянный - обычно с помощью диодов. Это наиболее распространенный и разумный метод для использования в очень широком диапазоне уровней мощности и приложений. Есть исключения, но обычно это лучший подход.

Чтобы решить, как действовать дальше, вам нужно знать

• Какой порядок мощности вам требуется.

• Где и как вы хотели бы механическое питание вашего устройства и почему.
  например, на велосипеде вы можете использовать обод колеса, ступицу, педальный кривошип или цепной привод. Или ...

• Поможет краткое, но полное описание приложения.

Задавайте дополнительные вопросы...
Расскажите нам об уровнях мощности, применении и т. д.,... .

Иногда «наиболее эффективным» является тот, который проще всего заставить работать для вашего приложения. Это особенно верно для двигателей, потому что есть много параметров, и если вы не строите двигатель с нуля, вам нужно использовать что-то готовое. Двигатели с постоянными магнитами по-прежнему обладают значительным преимуществом в эффективности и габаритах по сравнению с двигателями мощностью менее 3 кВт, опережая асинхронные двигатели. Для велосипеда вы смотрите на максимальную мощность около 100 Вт.

Для велосипеда вам нужна высокая мощность при низких оборотах. Вам тоже нужен ДК. Самый простой способ сделать это — использовать двигатель с постоянными магнитами. Вы получаете DC без какого-либо преобразования, и их легче найти для приложений с низким числом оборотов в минуту.

Эта компания продает несколько http://www.windbluepower.com/category_s/1.htm

Включая комплект для модификации автомобильного генератора переменного тока Delco, чтобы он был низкочастотным двигателем с постоянными магнитами. http://www.windbluepower.com/Permanent_Magnet_Alternator_Rotor_Fits_Delco_10SI_p/pma-rot.htm

Я могу стабильно ездить на 200 Вт в течение примерно 2 часов, это умеренно тяжелая тренировка. 250 Вт в течение примерно 45 минут — это мой предел. 150 ватт - это, по сути, моя неограниченная мощность... т.е. несколько часов. Мысль, которая может помочь в оценке потенциальной выработки энергии.

Я создаю систему для выработки электроэнергии и смогу оценить эффективность этой системы... то есть затраченную мощность (измеритель мощности велосипеда) и мощность, подаваемую на батареи, измеряемую солнечным контроллером.