Με την εναλλάξ διέγερση των πηνίων του στάτορα με μονοκατευθυντικό "παλμικό συνεχές ρεύμα" (DC), δημιουργείται ένα βηματικό περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο που έλκει συνεχώς τον ρότορα σε περιστροφή. Οπτικό διάγραμμα και έλεγχος της αρχής λειτουργίας του κινητήρα χωρίς ψήκτρες.
Κάθε μαγνήτης έχει δύο άκρα, που ονομάζονται πόλος N (Βορράς/Κόκκινο) και πόλος S (Νότος/Μπλε).
Όταν δύο μαγνητικοί πόλοι βρίσκονται κοντά ο ένας στον άλλο:
• Οι όμοιοι πόλοι απωθούνται: Το N με το N, ή το S με το S, απωθούνται και σπρώχνουν το ένα το άλλο μακριά.
• Οι αντίθετοι πόλοι έλκονται: Όταν το N και το S συναντηθούν, έλκονται και κολλούν σφιχτά μεταξύ τους σαν καλοί φίλοι.
Ένα απλό χάλκινο πηνίο γίνεται αμέσως ηλεκτρομαγνήτης όταν περνάει ρεύμα από αυτό. Ελέγχοντας τον διακόπτη, μπορούμε να κάνουμε τη μαγνητική του δύναμη να εμφανίζεται και να εξαφανίζεται ανά πάσα στιγμή. Ο κινητήρας βασίζεται σε αυτούς τους εναλλασσόμενους ηλεκτρομαγνήτες για να έλκει και να περιστρέφει συνεχώς τον κεντρικό μαγνήτη!
Σε αυτό το μοντέλο, τα τρία πηνία του στάτορα (A, B, C) είναι συνδεδεμένα το καθένα με έναν διακόπτη (MOSFET). Η εξωτερική είσοδος είναι μια καθαρή πηγή συνεχούς ρεύματος (VCC). Ενεργοποιώντας εναλλάξ τους διακόπτες σύμφωνα με μια συγκεκριμένη ακολουθία χρονισμού χρησιμοποιώντας έναν μικροελεγκτή (MCU), το συνεχές ρεύμα ρέει μέσω κάθε πηνίου φάσης με μονοκατευθυντικό παλμικό τρόπο. Όταν κάθε πηνίο ενεργοποιείται, γίνεται ηλεκτρομαγνήτης με σταθερή πολικότητα N, έλκοντας τον πόλο S του ρότορα για να ευθυγραμμιστεί διαδοχικά, επιτυγχάνοντας συνεχή περιστροφή.
Φόρτωση...
| Βήμα | Γωνία Ρότορα | MOS A (Πηνίο A) | MOS B (Πηνίο B) | MOS C (Πηνίο C) | Κατεύθ Πεδίου | Τύπος Ρεύματος |
|---|
Οι παραδοσιακοί κινητήρες AC χωρίς ψήκτρες εναλλάσσουν την κατεύθυνση του ρεύματος των πηνίων για να αλλάξουν τους πόλους μεταξύ N και S. Σε έναν μονοπολικό κινητήρα χωρίς ψήκτρες, η πολικότητα κάθε πηνίου είναι σταθερή (παράγει μόνο πόλο N). Δεν χρειάζεται να αλλάζουμε θετικούς και αρνητικούς πόλους. Χρειάζεται μόνο να ακολουθούμε την αλληλουχία "A ON -> A OFF / B ON -> B OFF / C ON", η οποία είναι σαν να ανάβουμε ενδεικτικές λυχνίες μαγνητικού πεδίου σε διαφορετικές φυσικές τοποθεσίες διαδοχικά. Λόγω της έλξης των αντίθετων πόλων, ο πόλος S του ρότορα έλκεται για να περιστραφεί προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση από τα μαγνητικά πεδία του στάτορα που ενεργοποιούνται διαδοχικά.
Στη λειτουργία πλήρους βήματος 3 βημάτων, κάθε φορά που αλλάζει το πηνίο, το μαγνητικό πεδίο του ρότορα πρέπει να κάνει άλμα 120°. Μια πολύ μεγάλη γωνία βήματος προκαλεί έντονους κραδασμούς. Η λειτουργία ημιβήματος εισάγει μια κατάσταση "διφασικής ενεργοποίησης": όταν τα πηνία A και B ενεργοποιούνται ταυτόχρονα, τα μαγνητικά τους πεδία υπερτίθενται για να παράγουν ένα συνδυασμένο μαγνητικό πεδίο στη μέση (60°). Ως αποτέλεσμα, η γωνία άλματος μειώνεται στο μισό, από 120° σε 60°, με συνολικά 6 βήματα. Η περιστροφή θα είναι σημαντικά πιο ομαλή και λεπτή από ό,τι στη λειτουργία πλήρους βήματος.
Αν και το κύκλωμα οδήγησης μονοπολικού παλμικού DC είναι εξαιρετικά απλό, ανά πάσα στιγμή το 2/3 των περιελίξεων του κινητήρα είναι εντελώς αδρανές και οι χάλκινες περιελίξεις δεν χρησιμοποιούνται αμφίδρομα, οδηγώντας σε εξαιρετικά χαμηλή πυκνότητα ισχύος και χαμηλή αξιοποίηση υλικών. Οι σύγχρονοι κινητήρες χωρίς ψήκτρες διοχετεύουν πραγματικό αμφίδρομο εναλλασσόμενο ρεύμα (τριφασικό ημιτονοειδές AC) στα πηνία, χρησιμοποιώντας το 100% των πηνίων του στάτορα ανά πάσα στιγμή, επιτυγχάνοντας εξαιρετικά υψηλή απόδοση και πολύ ομαλή ροπή.
Το πηνίο του στάτορα είναι ένα εξαιρετικά επαγωγικό φορτίο. Όταν το MOSFET απενεργοποιείται ξαφνικά, το ρεύμα που ρέει στο πηνίο δεν μπορεί να εξαφανιστεί αμέσως, δημιουργώντας μια πολύ υψηλή παροδική ανάστροφη ηλεκτρεγερτική δύναμη (ακόμη και έως εκατοντάδες βολτ), η οποία μπορεί εύκολα να καταστρέψει το τσιπ MOSFET. Η δίοδος ελεύθερης τροχιάς που είναι συνδεδεμένη παράλληλα με κάθε πηνίο παρέχει μια διαδρομή εκφόρτισης για αυτήν την υπολειπόμενη ενέργεια, επιτρέποντας στο ρεύμα να κυκλολογεί και να εξασθενεί μέσα στη δίοδο και το πηνίο, διασφαλίζοντας την ασφάλεια του κυκλώματος οδήγησης.
Αυτό το εργαλείο επίδειξης είναι ιδανικό ως βοηθητικό διδακτικό υλικό για την ηλεκτρολογία, τον αυτοματισμό, τη μηχανοτρονική και άλλες συναφείς ειδικότητες. Οι καθηγητές μπορούν να χρησιμοποιήσουν αυτό το διαδραστικό μοντέλο για να επιδείξουν ζωντανά τη διέγερση των πηνίων του στάτορα, τη μεταγωγή των διακοπτών MOSFET, τη ροή του μονοπολικού παλμικού DC και τον τρόπο με τον οποίο περιστρέφεται ο ρότορας μόνιμου μαγνήτη στο βηματικό μαγνητικό πεδίο, αποφεύγοντας τις στεγνές μαθηματικές εξισώσεις.
Η σελίδα διαθέτει μια εύκολα κατανοητή κάρτα βασικών γνώσεων "Το Μυστικό των Μαγνητών". Μέσω ζωντανών συγκρίσεων πολικότητας, οι μαθητές και οι λάτρεις της επιστήμης χωρίς υπόβαθρο φυσικής μπορούν να κατανοήσουν γρήγορα και διαισθητικά τις έννοιες της μαγνητικής έλξης, της απώθησης και των ηλεκτρομαγνητών.
Το συγχρονισμένο σε πραγματικό χρόνο διάγραμμα του κυκλώματος οδήγησης δείχνει τα σήματα ελέγχου των MOSFET από το MCU, τη συμπεριφορά των διόδων ελεύθερης τροχιάς και τη ροή του ρεύματος στα πηνία, βοηθώντας τους μηχανικούς να κατανοήσουν γρήγορα τη λογική ενός απλού παλμικού κινητήρα DC.
Οι προγραμματιστές μπορούν να παρατηρήσουν τον χρονισμό του μικροελεγκτή κατά τη μετάβαση μεταξύ των λειτουργιών πλήρους βήματος και ημιβήματος. Ο πίνακας αληθείας απεικονίζει τη λογική των φάσεων ελέγχου.
Υποστηρίζει 30 κύριες γλώσσες όπως ελληνικά, κινεζικά, αγγλικά και ιαπωνικά. Όλα τα κείμενα της διεπαφής χρήστη μπορούν να αλλάξουν δυναμικά χωρίς να απαιτείται επαναφόρτωση της σελίδας.
Επιτρέπει τη μετάβαση μεταξύ της λειτουργίας πλήρους βήματος (3 βήματα) και ημιβήματος (6 βήματα) για να δείξει πώς η γωνία βήματος επηρεάζει την ομαλότητα περιστροφής του κινητήρα.
Υποστηρίζει αυτόματη λειτουργία καθώς και χειροκίνητο βηματισμό (Προηγούμενο/Επόμενο/Επαναφορά) με συνεχώς ρυθμιζόμενο διάστημα αναπαραγωγής (0,3-2,5 δευτερόλεπτα ανά βήμα) για λεπτομερή ανάλυση.
Η περιστροφή του ρότορα, ο φωτισμός των πηνίων, οι ενδείξεις των MOSFET και η κατεύθυνση του ρεύματος είναι πλήρως συγχρονισμένα σε πραγματικό χρόνο.
Ο πίνακας αληθείας επισημαίνεται σε συγχρονισμό με το τρέχον βήμα. Κάντε κλικ απευθείας στα σημεία του χρονολογίου για να μεταβείτε στην αντίστοιχη κατάσταση.
Εναλλαγή μεταξύ σκούρου και φωτεινού θέματος με ένα κλικ και αποθήκευση της επιλογής στο localStorage για οπτική άνεση στην επαναλαμβανόμενη μελέτη.