עירור רציף של סלילי הסטטור באמצעות "זרם ישר בפולסים" חד-כיווני ליצירת שדה מגנטי מסתובב צעד אחר צעד, אשר מושך את הרוטור להסתובב ברציפות. הסבר חזותי ובקרה של עקרון הפעולה של מנוע ללא מברשות.
לכל מגנט יש שני קצוות, הנקראים קוטב N (צפון/אדום) ו-קוטב S (דרום/כחול).
כאשר שני קטבים מגנטיים מתקרבים זה לזה:
• קטבים זהים דוחים זה את זה: מפגש בין קוטב N לקוטב N, או קוטב S לקוטב S, יגרום להם לדחות זה את זה ולהתרחק.
• קטבים מנוגדים נמשכים זה לזה: מפגש בין קוטב N לקוטב S יגרום להם להיצמד זה לזה בחוזקה כמו חברים טובים.
סליל נחושת רגיל הופך מיד ל-אלקטרומגנט כאשר עובר דרכו זרם חשמלי. בנוסף, על ידי שליטה במתג, אנו יכולים להפעיל ולכבות את הכוח המגנטי בכל עת. המנוע מסתמך על אלקטרומגנטים אלו הניתנים להפעלה וכיבוי כדי למשוך ולסובב את המגנט שבמרכז ללא הרף!
במודל זה, שלושת סלילי הסטטור (A, B, C) מחוברים כל אחד למתג משלו (MOSFET). קלט הכניסה החיצוני הוא מקור מתח זרם ישר טהור (VCC). על ידי הפעלת המתגים ברצף על ידי מיקרו-בקר (MCU) בהתאם לתזמון מוגדר, זרם ישר זורם בכיוון אחד בפולסים דרך סלילי כל פאזה. כל סליל הופך לאלקטרומגנט בעל קוטביות N קבועה כאשר זורם בו זרם, מה שמושך את קוטב S של הרוטור להתיישר איתו ברצף ומשיג סיבוב רציף.
טוען...
| צעד | זווית הרוטור | MOS A (סליל A) | MOS B (סליל B) | MOS C (סליל C) | כיוון שדה מגנטי | סוג זרם |
|---|
מנועי AC ללא מברשות מסורתיים משנים את כיוון הזרם בסלילים כדי להחליף קטבים בין N ל-S. לעומת זאת, במנוע חד-קוטבי ללא מברשות, הקוטביות של כל סליל היא קבועה (מייצרת רק קוטב N). איננו צריכים להחליף בין הקטבים החיוביים והשליליים; עלינו רק לפעול לפי הסדר "A מופעל -> A כבוי / B מופעל -> B כבוי / C מופעל". זה שקול להדלקת נורות שדה מגנטי ברצף במיקומים פיזיים שונים. קוטב S של הרוטור, בשל משיכת קטבים מנוגדים, נמשך ברצף על ידי השדה המגנטי של סלילי הסטטור ומסתובב בכיוון מסוים.
במצב צעד מלא בן 3 שלבים, השדה המגנטי של הרוטור חייב לקפוץ ב-120° בכל החלפת סליל. זווית צעד גדולה מדי גורמת לרעידות חזקות במנוע. מצב חצי צעד מציג מצב של "הפעלה דו-פאזית": כאשר סלילים A ו-B מופעלים בו-זמנית, השדות המגנטיים שלהם משתלבים ומייצרים שדה מגנטי משולב בדיוק באמצע (60°). זה מקטין את זווית הקפיצה בחצי מ-120° ל-60°, ונותן סך הכל 6 צעדים. הסיבוב חלק ויציב בהרבה בהשוואה למצב צעד מלא.
למרות שמעגל הדחיפה בזרם ישר בפולסים חד-קוטביים הוא פשוט ביותר, בכל רגע נתון 2/3 מסלילי המנוע אינם פעילים לחלוטין, וסלילי הנחושת אינם מנוצלים ביעילות בשני הכיוונים. הדבר מוביל לצפיפות הספק נמוכה מאוד ולניצול חומרים נמוך. מנועי הזרם הישר ללא מברשות הנפוצים כיום משתמשים בזרם חילופין דו-כיווני אמיתי בסלילים (זרם חילופין סינוסואידלי תלת-פאזי), מה שאומר שסלילי הסטטור מנוצלים ב-100% מהזמן, מה שמבטיח יעילות גבוהה ומומנט חלק ביותר.
סלילי הסטטור הם עומסים השראתיים גבוהים. כאשר ה-MOSFET נכבה בפתאומיות, הזרם הזורם בסליל אינו יכול להיעלם באופן מיידי, דבר המייצר כוח אלקטרו-מניע הפוך חולף גבוה מאוד (המגיע למאות וולטים), שעלול לפגוע בקלות ברכיב ה-MOSFET. דיודות ההמשך המחוברות במקביל לכל סליל מספקות נתיב לפריקת אנרגיה שיורית זו; הזרם זורם ודעך בתוך הדיודה והסליל, מה שמבטיח את בטיחות מעגל הדחיפה.
כלי הדמיה זה מתאים מאוד כעזר הוראה משלים להנדסת חשמל, אוטומציה, מכטרוניקה ותחומים קשורים אחרים. מורים יכולים להשתמש במודל אינטראקטיבי זה כדי להדגים בבירור עירור סלילים, מיתוג MOSFET, זרימת זרם ישר בפולסים חד-קוטביים וסיבוב הרוטור בשדה מגנטי צעד אחר צעד, ובכך להימנע מנוסחאות מייגעות ולעזור לתלמידים לפתח אינטואיציה מהירה.
הדף כולל כרטיס קל להבנה "סוד המגנטים". באמצעות השוואה חזותית של קוטביות, תלמידים וחובבים ללא רקע בפיזיקה יכולים להבין במהירות ובאופן אינטואיטיבי את המושגים של משיכה ודחייה מגנטית ואלקטרומגנטים.
תרשים מעגל הבקרה המסונכרן בזמן אמת מציג את אותות הבקרה של ה-MOSFETים מה-MCU, את התנהגות דיודות ההמשך ואת זרימת הזרם בסלילים, ומסייע למהנדסים להבין במהירות את הלוגיקה של מנוע זרם ישר פשוט בפולסים.
מפתחים יכולים לצפות בתזמון המיקרו-בקר בעת מעבר בין מצבי צעד מלא לחצי צעד. טבלת האמת ממחישה את לוגיקת שלבי הבקרה.
תומך ב-30 שפות עיקריות כגון עברית, סינית, אנגלית ויפנית. ניתן לשנות את כל טקסטים של ממשק המשתמש באופן דינמי ללא צורך בטעינה מחדש של הדף.
מאפשר מעבר בין מצב צעד מלא (3 צעדים) לחצי צעד (6 צעדים) כדי להראות כיצד זווית הצעד משפיעה על חלקות סיבוב המנוע.
תומך בהפעלה אוטומטית ובצעד ידני (קודם/הבא/איפוס) עם מרווח הפעלה מתכוונן רציף (0.3-2.5 שניות לצעד) לניתוח מפורט.
סיבוב הרוטור, תאורת הסלילים, מחווני ה-MOSFETים וכיוון הזרם מסונכרנים לחלוטין בזמן אמת.
טבלת האמת מודגשת בסנכרון עם הצעד הנוכחי. לחץ ישירות על נקודות בציר הזמן כדי לעבור למצב המתאים.
מעבר בין ערכת נושא כהה לבהירה בלחיצה אחת ושמירת הבחירה ב-localStorage לנוחות ויזואלית בלמידה חוזרת.