何でも実習生の実習日誌

電子工作、模型スチームエンジン工作など、何でも工作が大好きです。
手持ちの工作機械は卓上ボール盤だけ、全て手作りです。

発電機(小型DCモーター)の出力を調べてみた

2016-07-12 16:23:10 | エンジン工作


2016/07/11(月曜日) 晴れ


オイらが工作したスチームエンジンのパワーは発電機(小型DCモーター)を回して
電気を発電してそれを負荷抵抗器で消費してその電力を計って判断している。
そのパワーは現在のところ大体1W前後だ。
これを2Wにパワーアップしたいと頑張っているところだが、工作精度が低くて
なかなか実現できずにいる。
ところが先日、御用済みとなって物置の隅で眠っていたV型2気筒エンジンを引っ張りだして
久しぶりに回してみたら何と、2.6Wもの出力を記録した。
こりゃー大したものだと、喜んだのもつかの間、データーをよく調べたらその回転数では
こんな大パワーが出るはずがないことが判った。
うーん、何でこの時だけハイパワーが出たのかよく判らないが、使用していたテスターや
周波数カウンター(回転計)には問題はなかった。
多分、発電機が狂った(良い方に)んだろう。

この発電機(小型DCモーター)は乾電池式ドライバーに使われていたもので
銘板にはDC6V 12100rpmと書いてある。
電機子は3極でちょっと太めのコイルが巻いてある。
使われている界磁用マグネットはかなり強力なようで、軸をつまんで回そうとしても
電機子が引き付けられて簡単には回らないほどだ。

このモーターを電動ボートの動力に使ったところ、単三型ニッケル水素電池4本を電源にして
スクリューを空転状態で回した時、2Aの電流が流れ、水中で回した時には8Aも流れた。
端子電圧は3Vほどだったから24Wもの電力を消費している勘定だ。

そんなわけでこのモーターなら大きな電力を発電してくれるだろうと思ってずーっと使い続けてきた。
長い間、回してきたのでもう寿命が来たのかもしれない。
たまたま同じようなモーターが他に2つある。(形が似てるから同じメーカーのものかもしれない。)
他の動力で回してその特性を調べてみた。 
(「特性を調べる」なんていうほど大げさなチェックではありません。)


発電機を回すのにはそれなりにパワーが出るものでなくてはならない。
手持ちのミニグラインダーは「0~10000rpm」で回せるらしい。
それに「リューター(ルーター?)」も取り付けられるので都合がいい。





ただ、負荷が軽いと「0」回転にはできない。 最低でもかなりの回転数で回ってしまう。
そこで、回転砥石に板切れを押し当ててブレーキをかけて調節することにしたが・・・・
ところがこれがなかなか難しい。 こんなブレーキでは一定の回転数は保持できない。




ともあれ、テスト接続は完了した。 今日はノートPCで「発電波形」も観測するので大ごとだ。



急ぎ作り上げたテストベンチ。


何度かテストの前のテスト・・・(ややこしいです)を繰り返していよいよ本番チェックに入った。


先ず初めにいつも使っているモーターAから始めた。



グラインダーの砥石に板切れを押し当てて回転数を調節しながら徐々に回転数を上げていった。
発電電圧も上がっていくが、100回転/秒あたりから上昇は鈍くなり、110回転以降は上昇しなくなってしまう。
そこから低下してしまうこともあった。
回転数が120/秒(7200rpm)にもなるとものすごい音がする。
なんだか怖くなるぐらいだ。 これ以上上げるのは勇気がいるよ。


そんな様子を動画でご覧ください。







モーターA、B,Cについて調べた結果を表にまとめてみた。




これをグラフにするのも面白い。


モーターAのチェック結果。
110回転/秒あたりから出力は上がらなくなる。 1回目のチェックでは逆に低下してしまった。



モーターBとCは回転数とともに出力電圧も上昇していく。





モーターA、B、Cの結果を一つのグラフにまとめてみた。
やっぱりモーターAは問題がありそうだ。





モーターの出力電圧の波形を見てみた。


先ず、モーターBの波形から。
回転数123回/秒(7,380rpm)と高速回転であるが波形は一様で乱れはない。
出力電圧も2V以上出している。
このときには1Ω抵抗に供給している電力は4W以上に達していることになる。 




モーターCについても同様な波形だ。




ところが問題のモーターAの出力電圧はこのような波形をしている。
回転数は119回転/秒(7,140rpm)ぐらいだ。
何だか飛び飛びにピークがでている。
電圧も1Vばかりだ。





回転数を下げてみると飛び飛びピークは無くなる。
当然電圧は低くなる。

回転数45回転/秒(2,700rpm) 電圧0.5Vばかり。



高速回転になると出力電圧が低下したり、波形が乱れたりするのは多分、整流子とブラシの
接触が不安定になってしまうのだろう。
整流子の面が荒れていてブラシが飛び跳ねるのかもしれない。
今度はこのモーターを分解してみよう。

先日の大パワー記録の原因はわからないけど、モーターAはもう寿命だということが判った。
新しいモーター(発電機)にすれば今までの測定値より良い結果がでるだろう。
(本当かねぇ・・・ また「がっかりモード」にならなければ良いけどねぇ・・・)


 
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2 コメント

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うーん (JANJAN)
2016-07-13 19:05:26
ブラシモータはこうなるの(磨り減る)が宿命なんですよね。 さて、それにしても磨り減った発電機が大出力を出したのがミステリーです。本当はこれが実力で、この前の実験時には接触不良が起きていたのかな。だとすると、‥。追試の結果を待ちましょう。
少しは良くなるかも・・・ (実習生)
2016-07-13 20:51:45
JANJANJANさん、こんばんは。
そうですね、こういう消耗部品のある機械?は定期的に点検して使わなくてはなりませんね。
今度は発電機(モーター)を交換しますので少しは良くなるかもしれません。
実験は面白いですね。 今度はフライホイールの大きさ(重さ)で出力がどうなるか
実験してみたいです。 でも大きなフライホイールを作るのが大変。(鉛で作ろうかと思っています。)

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