¿Cómo seleccionar el motor más eficiente para el generador?

Agregado en la parte superior como pregunta actualizada modifica la mejor respuesta:

Estoy construyendo un generador diseñado para producir energía trifásica para aplicaciones industriales. ... La idea (en el mejor de los casos) es tener varias personas montando en bicicleta y luego convertir la energía en electricidad trifásica. ...
No estoy seguro de si crear CA (y usar un variador de frecuencia para convertirlo en energía trifásica) o usar CC y luego convertirlo en energía trifásica. La idea es [usar] bicicletas estacionarias (probablemente solo una bicicleta en un soporte) para girar el eje del generador.

Mis comentarios generales anteriores a continuación aún se aplican, pero mi respuesta específica es:

Hay varias formas de hacer esto y ninguna es la "mejor", ya que todas son compromisos, y la configuración final depende de las suposiciones que se hagan.
Sin embargo, si desea la norma industrial de CA de frecuencia constante de voltaje constante, es casi seguro que necesita almacenar energía de las bicicletas y producir la CA del almacén de energía. Como se indica a continuación, el productor de energía de bicicleta más probable sería un alternador de imanes permanentes que produzca CA multifásica (generalmente trifásica). El voltaje, la frecuencia y el nivel de potencia dependen enormemente del usuario y es probable que el mejor método sea convertir esta salida a CC, almacenarla en una batería y luego producir CA de frecuencia fija de voltaje fijo usando un convertidor de CC a CA, un producto listo para usar. .

Una buena manera de manejar la CA de la bicicleta es hacer arreglos para que el voltaje de CA del alternador sea más alto que el voltaje de CC de la batería en todos los rangos de salida de potencia y velocidad útiles, convertir la CA a CC y luego "convertir reductora" (= conversión de voltaje) el voltaje de CC a nivel de batería. Un cargador-controlador manejaría la entrada de todas las bicicletas y administraría la carga de la batería. Dependiendo de los requisitos de diseño, se puede solicitar a los usuarios que pedaleen a potencia constante o voltaje constante (ambos pueden ser aplicados por un controlador con retroalimentación para el usuario) o ser libres de proporcionar información según lo deseen.

Sería posible transferir energía directamente desde la CC rectificada de la bicicleta a través de convertidores descendentes a la entrada del convertidor de CC a CA directamente sin almacenamiento de batería, y esto es esencialmente lo que sucede con la mayor parte de la energía cuando la entrada del usuario de la bicicleta es <= carga, pero completamente sin batería. la operación sería difícil ya que la batería proporciona una influencia estabilizadora y, en un sistema diseñado correctamente, una fuente de energía que no tiene caída pone a los requisitos de carga por debajo.

En una vida pasada, diseñé controladores para alternadores utilizados como cargas para máquinas de ejercicios, así que tenga una buena idea de lo que se requiere para lograr esta tarea. Niveles de carga realistas para el ajuste típico, pero los usuarios que no son atletas lo son.
50 Watts por decir una hora con una facilidad razonable.
100 vatios durante una hora para un ejercicio muy sólido.
200 vatios: se vuelve extremadamente extenuante.
500 vatios: podría hacer unos 10 segundos :-).

Puedo responder preguntas específicas si tienes alguna.

¿Es esta una idea del mundo real o una investigación de un concepto o...?

En total, esquemas como este no resultarían económicos en relación con la electricidad alimentada por la red a los precios actuales de la red.

Los "generadores" emiten CC directamente al convertir los voltajes alternos dentro de la máquina en CC. Esto generalmente se hace usando un conmutador y escobillas, efectivamente un "rectificador síncrono" manual. Esta disposición tiene cierta resistencia, requisitos mecánicos complejos, tiempos de vida más bajos y pérdidas en el contacto carbono-metal del conmutador.

Salida de "alternadores" CA = "corriente alterna" (y voltaje) que se convierte o "rectifica" a CC fuera de la máquina propiamente dicha. Los métodos y componentes de conversión electrónica permiten que esta conversión sea altamente eficiente.
Los alternadores vienen en dos "sabores" principales:

• Los que crean la CA en el rotor y la transfieren al marco de referencia no giratorio (en el que está parado) con anillos deslizantes, mientras que el estator fijo se usa para crear el campo en el que gira el rotor para producir los voltajes de CA. .

• Aquellos en los que la CA se genera en los devanados estacionarios del estator con la parte giratoria (rotor) que proporciona un campo giratorio que interactúa con los devanados de salida estacionarios para proporcionar la CA.
  Hay dos subconjuntos principales de estas máquinas bobinadoras de salida estacionarias.

  • Rotor devanado: el campo magnético giratorio se produce mediante devanados giratorios que reciben alimentación de campo de CC a través de anillos colectores. Los alternadores de automóviles suelen funcionar así. Las ventajas son que el magnetismo proporcionado por las bobinas de cobre enrolladas es relativamente económico y la magnitud del campo se puede controlar variando la potencia de CC que se alimenta al devanado. Las desventajas son la complejidad mecánica de los rotores bobinados y de alimentación por anillos deslizantes.

  • Rotor de imanes permanentes. Los imanes permanentes son sólidos para producir un voltaje de salida alterno en los devanados del estator. Las ventajas son la ausencia de necesidad de alimentación de CC al rotor, la relativa facilidad de construcción del rotor y los modernos imanes de tierras raras de alta resistencia que permiten la producción de alternadores muy densos en energía. Las desventajas son la incapacidad de controlar la intensidad del campo.

Existen variantes como los motores de inducción de CA que se usan como generadores, pero generalmente se usan mejor para aplicaciones especializadas y pueden ser difíciles de controlar.

Para su aplicación en la que necesita una conversión de energía eficiente y probablemente bajo costo, baja complejidad y facilidad para "hacerlo", las mejores soluciones son un alternador dedicado O un motor de CC sin escobillas (BLDCM), dimensionado para tener el rango de vataje deseado en cada caso. Eléctricamente, estos son esencialmente los mismos, pero uno se fabricó teniendo en cuenta las funciones del alternador, mientras que el otro (el BLDCM) se diseñó para el uso del motor, pero funcionará muy bien como alternador. Los alternadores dedicados pequeños son raros, pero los BLDCM del rango de tamaño de interés se usan en "todas partes". Por lo general, se encuentran en impresoras de computadora, juguetes motorizados (especialmente los voladores), unidades de disco y DVD y muchos otros equipos que usan motores pequeños.

Los BLDCM se pueden convertir para uso de alternador o puede ser práctico construir su propio alternador basado en los mismos principios.

Como se mencionó anteriormente, cuando se usan como alternadores, los BLDCM tienen rotores de imanes permanentes y generan CA en el estator sin conexiones mecánicas (como escobillas o anillos colectores) de rotor a estator. La CA generada se convierte en CC, generalmente con diodos. Este es el método abrumadoramente más común y sensato para usar en una amplia gama de niveles de potencia y aplicaciones. Hay excepciones, pero este suele ser el mejor enfoque.

Para decidir cómo proceder desde aquí, necesita saber

• Que orden de potencia requieres.

• Dónde y cómo le gustaría alimentar mecánicamente su dispositivo y por qué.
  por ejemplo, en una bicicleta puede que desee utilizar la llanta de la rueda, el buje, la manivela del pedal o la transmisión por cadena. O ...

• Una descripción concisa pero completa de la aplicación ayudará.

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A veces, el "más eficiente" es el que puede hacer que funcione más fácilmente para su aplicación. Esto es especialmente cierto para los motores porque hay muchos parámetros y, a menos que esté construyendo uno desde cero, necesita algo listo para usar. Los motores de imanes permanentes aún tienen una eficiencia significativa y una ventaja de tamaño de paquete para motores de menos de 3 kW que superan a los motores de inducción. Para una bicicleta, estás buscando alrededor de 100 W máx.

Necesita un alto rendimiento a bajas RPM para una bicicleta. También necesitas CC. La forma más fácil de hacer esto es ir con un motor magnético permanente. Obtiene CC sin ninguna conversión y son más fáciles de encontrar para aplicaciones de bajas RPM.

Esta empresa vende varios http://www.windbluepower.com/category_s/1.htm

Incluye un kit para modificar un alternador automotriz Delco para que sea un motor PM de bajas RPM. http://www.windbluepower.com/Permanent_Magnet_Alternator_Rotor_Fits_Delco_10SI_p/pma-rot.htm

Puedo montar a 200 vatios de manera constante durante aproximadamente 2 horas, eso es un entrenamiento moderadamente duro. 250 vatios constantes durante unos 45 minutos es mi límite. 150 vatios es esencialmente mi producción indefinida... es decir, varias horas. Pensamiento que puede ayudar a estimar la producción potencial de energía.

Estoy construyendo un sistema para generar energía y podré evaluar la eficiencia de ese sistema... es decir, la energía gastada (medidor de energía de la bicicleta) y la energía suministrada a las baterías medida por el controlador solar.