Tensión regulada por una resistencia en el circuito del generador

Question

Así que estoy jugando con la fabricación de un circuito que permitirá a un motor para generar energía para cargar una batería. Tengo este, lo que presumo ser un, motor de inducción de CA que rescaté de una vieja decoración de Navidad.

Después de sacar el motor de su carcasa, he sabido que es un motor síncrono.

Este con los valores de 120VAC 3.8W 4.2/5 RMP

Puede dar salida a más de 200 voltios de CA en cortocircuito (o de CC utilizando un puente rectificador) a ~ 6,7mA. Sólo pude obtener la lectura del amperaje de un cortocircuito a través del rectificador. Podría ser que mi multímetro de 7 dólares no va bien con la CA o mi ignorancia en la lectura del amperaje de CA.

Extrañamente (al menos para mí), no importaba cómo lo hiciera: el amperaje se mantenía en un tope consistente de ~ 6.7mA. En mis jugueteos me di cuenta de que hay, al menos casi, una línea recta que muestra que la resistencia dada al circuito dará una tensión máxima que puedo obtener del propio motor.

El diagrama publicado es un circuito de prueba para reunir puntos de datos sobre esto.

Me pregunto si hay alguien que tenga una idea de la causa de este fenómeno.

Aquí hay una tabla y un gráfico de los voltajes en todo el circuito (desde cualquier extremo del puente rectificador), dados los diferentes valores de R1.

Sin duda, algunas buenas respuestas. No estoy seguro de cuál es la mejor respuesta. Aprecio toda la entrada, y seleccionará la mejor respuesta una vez que regrese del trabajo y tener tiempo para hacer más pruebas, y desmontar el motor para ver lo que realmente está pasando en el interior.

Para aclarar: el juego final es maximizar el voltaje de entrada para que pueda reducir el voltaje más adelante en el circuito y aumentar el amperaje para cargar una batería de manera algo eficiente. También para entender por qué parece ser esta constante 6.5mA procedentes de este motor.

Puede que vuelva a mi investigación y elija la mejor respuesta por ahora. Si me encuentro con algo interesante en el camino, me aseguraré de publicar de nuevo.

Answer 1

¡Gran trabajo en el experimento!

El motor que estás utilizando como generador tiene una alta impedancia interna debido en gran parte a los devanados y a la estructura magnética interna. Puedes pensar en esto como una resistencia dentro del motor que está en serie con su salida. Por supuesto, esto no es una resistencia real, sólo una forma de modelarla.

No lo mencionaste, pero cuando estés experimentando considera que la carga colocada en tu motor actuando como generador puede causar que el motor de accionamiento se acelere o se desacelere. Esto, por supuesto, afectará a los resultados de tu experimento.

En electrónica, sabemos que la máxima potencia se transfiere a una carga cuando la impedancia de la carga coincide con la impedancia de la fuente. Puede ser interesante añadir una columna al gráfico que muestre la potencia en la carga (= V 2 /R) para ver si puedes encontrar el punto de máxima transferencia de energía. Lo más probable es que tengas que ampliar tu experimento con valores más altos de resistencia.

Una vez que hayas determinado la potencia máxima que puedes obtener de tu generador, podrás ver si es adecuado para alimentar tu dispositivo objetivo. Si tiene suficiente potencia, lo más probable es que la solución requiera un regulador buck para reducir eficazmente la tensión más alta.

Sigan con el buen trabajo.

Answer 2

En el rango que has medido, el generador actúa en gran medida como una fuente de corriente.

En una primera aproximación, el generador puede modelarse como una fuente de tensión en serie con una resistencia. La tensión es directamente proporcional a la velocidad de rotación, y la resistencia es razonablemente fija.

Dices que obtienes una tensión de circuito abierto de 200 V y una corriente de cortocircuito de unos 6,6 mA. Suponiendo que el generador sigue girando a la misma velocidad cuando está en cortocircuito que cuando está abierto, la resistencia interna del generador es (200 V)/(6,6 mA) = 30 kΩ. Este valor estará sesgado si el generador realmente disminuye su velocidad cuando la salida está en cortocircuito. Aquí está el modelo simplificado de su generador y diodos rectificadores:

Si lo anterior es correcto, entonces obtendrás una corriente mayormente constante para cargas significativamente menores a 30 kΩ. A 30 kΩ, debería obtener la mitad de la corriente de cortocircuito a la mitad de la tensión de circuito abierto. Ese es el punto en el que el generador produce la máxima potencia. A una carga significativamente superior a 30 kΩ, el generador se parecerá en gran medida a una fuente de tensión de 200 V.

Answer 3

Un motor de inducción no generaría mucha tensión en un circuito rectificador. El rotor podría tener una pequeña cantidad de magnetismo residual que le permitiera generar un poco de tensión actuando como un generador síncrono de imán permanente.

Si el motor está generando más de 50 voltios, puede ser un motor síncrono de imán permanente, como un motor de reloj o de temporizador. También podría ser un motor de corriente continua de imán permanente con un conmutador, pero eso sería inusual para un motor pequeño a ese nivel de tensión.

Cuando se utiliza un motor recuperado, es muy útil encontrar toda la información marcada en el motor y en el producto del que se extrajo. Si el producto contiene otros componentes eléctricos, que están conectados al motor, es importante tener esos componentes y ser capaz de volver a conectarlos después de que ellos y el motor sean retirados. También es útil conocer cualquier otro uso de la energía eléctrica en el producto.

Antes de intentar utilizar un motor como generador, el motor debe ser probado como motor. Lo mejor es probarlo tal y como se utilizó originalmente. Determine la tensión, la corriente, la potencia y la velocidad con la carga original y sin carga. Mida la resistencia de CC.

Las fotos y dimensiones detalladas pueden ser útiles.

Answer 4

En la clase de motores de la UCLA aprendimos que todo motor es también un generador. Los motores sincrónicos generarán y devolverán el consumo de energía según la relación de fase entre la tensión aplicada y la posición del motor cuando esté bajo carga. Cuando la carga es negativa (alguien está girando la manivela y tratando de hacer que el motor vaya más rápido), el consumo de energía se vuelve negativo. Así es como un motor síncrono se convierte en un generador. Se regula la salida regulando la potencia mecánica aplicada al eje.

Todo esto es un ejercicio similar a la contabilidad financiera: contabilizar toda la energía.

No creo que Tesla tuviera en mente la corriente continua cuando inventó los motores de corriente alterna.