Eccitando alternativamente le bobine dello statore con corrente continua pulsata unidireccional, viene generato un campo magnetico rotante passo-passo per attirare continuamente il rotore in rotazione. Schema visivo e controllo del principio di funzionamento del motore senza spazzole.
Ogni magnete ha due estremità, chiamate polo N (Nord/Rosso) e polo S (Sud/Blu).
Quando due poli magnetici si avvicinano:
• I poli uguali si respingono: N incontra N, o S incontra S, si respingono e si allontanano a vicenda.
• I poli opposti si attraggono: N e S si incontrano, si attraggono e si uniscono saldamente come migliori amici.
Una normale bobina di rame diventa istantaneamente un elettromagnete quando vi passa corrente. Controllando l'interruttore, possiamo fare in modo che la sua forza magnetica appaia e scompaia in qualsiasi momento. Il motore si affida a questi elettromagneti commutabili per attirare e far ruotare continuamente il magnete centrale!
In questo modello, le tre bobine dello statore (A, B, C) sono collegate ciascuna a un interruttore (MOSFET). L'ingresso esterno è una sorgente di alimentazione CC pura (VCC). Attivando alternativamente gli interruttori secondo una sequenza temporale specifica tramite un microcontrollore (MCU), la corrente continua scorre in modo pulsato e unidirezionale attraverso ciascuna bobina di fase. Quando ciascuna bobina viene energizzata, diventa un elettromagnete con una polarità N fissa, attirando il polo S del rotore per allinearsi sequenzialmente, ottenendo una rotazione continua.
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| Passo | Angolo del rotore | MOS A (Bobina A) | MOS B (Bobina B) | MOS C (Bobina C) | Dir. del campo | Tipo di corrente |
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I motori CA senza spazzole tradizionali alternano la direzione della corrente della bobina per commutare i poli tra N e S. In un motore senza spazzole unipolare, la polarità di ciascuna bobina è fissa (produce solo il polo N). Non è necessario commutare i poli positivo e negativo; basta seguire la sequenza "A ON -> A OFF / B ON -> B OFF / C ON", che equivale ad accendere a turno le spie del campo magnetico in diverse posizioni fisiche. A causa dell'attrazione di poli opposti, il polo S del rotore viene trascinato in una direzione specifica dai campi magnetici dello statore che si attivano in sequenza.
Nella modalità a passo intero a 3 passi, ogni volta che si commuta la bobina, il campo magnetico del rotore deve saltare di 120°. Un angolo di passo troppo ampio causa forti vibrazioni. La modalità a mezzo passo introduce uno stato di "bobine bifase eccitate": quando le bobine A e B vengono alimentate simultaneamente, i loro campi magnetici si sovrappongono per produrre un campo combinato nel mezzo (60°). Di conseguenza, l'angle di salto è dimezzato, da 120° a 60°, per un totale di 6 passi. La rotazione è notevolmente più fluida e precisa rispetto alla modalità a passo intero.
Sebbene il circuito di pilotaggio CC pulsato unipolare sia estremamente semplice, in qualsiasi momento il 2/3 degli avvolgimenti del motore è completamente inattivo e gli avvolgimenti in rame non vengono utilizzati in modo bidirezionale. Ciò comporta una densità di potenza e un utilizzo dei materiali estremamente bassi. I moderni motori senza spazzole convenzionali fanno scorrere una reale corrente alternata bidirezionale (corrente alternata sinusoidale trifase) nelle bobine, utilizzando il 100% delle bobine dello statore in ogni momento, ottenendo un'efficienza estremamente elevata e una coppia molto fluida.
La bobina dello statore è un carico altamente induttivo. Quando il MOSFET si spegne improvvisamente, la corrente non può interrompersi istantaneamente, generando una forza controelettromotrice transitoria molto elevata (fino a centinaia di volt), che può facilmente distruggere il chip MOSFET. Il diodo di ricircolo collegato in parallelo con ciascuna bobina fornisce un percorso di scarica per questa energia residua, consentendo alla corrente di circolare e decadere all'interno del diodo e della bobina, garantendo la sicurezza del circuito di pilotaggio.
Questo strumento dimostrativo è perfetto come materiale didattico di supporto per l'ingegneria elettrica, l'automazione, la meccatronica e altre specialità correlate. Gli insegnanti possono utilizzare questo modello interattivo per presentare in modo vivido l'eccitazione delle bobine dello statore, la commutazione dei MOSFET, il flusso di CC pulsata unipolare e la rotazione del rotore, facilitando l'apprendimento intuitivo dei principi.
La pagina presenta una scheda di conoscenza di base "Il segreto dei magneti" facile da capire. Attraverso confronti visivi di polarità, studenti e appassionati possono comprendere rapidamente l'attrazione e la repulsione, nonché il concetto di elettromagnete.
La sincronizzazione in tempo real dello schema del driver mostra i segnali di controllo MOSFET, i diodi di ricircolo e il flusso di corrente nelle bobine, aiutando gli ingegneri a comprendere rapidamente la logica di motori semplici a CC pulsata.
Gli sviluppatori possono osservare la temporizzazione del microcontrollore durante la commutazione tra le modalità a passo intero e mezzo passo. La tabella di verità illustra la logica dei passi di controllo del motore.
Supporta 30 lingue principali come cinese, inglese e giapponese. Tutto il testo dell'interfaccia può essere modificato dinamicamente.
Consente di alternare tra la modalità a passo intero (3 passi) e mezzo passo (6 passi) per vedere come l'angolo di passo influisce sulla fluidità della rotazione.
Supporta il funzionamento automatico e manual passo-passo (Precedente/Successivo/Reset) con regolazione continua della velocità (da 0,3s a 2,5s per passo) per un'analisi precisa.
La deviazione del rotore, la luce delle bobine, gli indicatori MOSFET e la direzione del flusso di corrente sono perfettamente sincronizzati in tempo reale.
La tabella di verità è evidenziata in sintonia con il passo corrente. I nodi dell'asse temporale possono essere cliccati direttamente para saltare a uno stato.
Alterna con un clic tra temi chiaro e scuro e memorizza la scelta nel localStorage per un maggiore comfort visivo durante lo studio.