Kolejne wzbudzanie cewek stojana jednokierunkowym "impulsowym prądem stałym" w celu wygenerowania krokowo obracającego się pola magnetycznego, które przyciąga wirnik do ciągłego obracania się. Wizualizacja i sterowanie zasadą działania silnika bezszczotkowego.
Każdy magnes ma dwa końce, nazywane odpowiednio biegunem N (północnym/czerwonym) i biegunem S (południowym/niebieskim).
Gdy dwa bieguny magnetyczne zbliżają się do siebie:
• Jednoimienne bieguny się odpychają: N z N, lub S z S, będą się nawzajem odpychać.
• Różnoimienne bieguny się przyciągają: N i S połączą się i mocno przyciągną do siebie jak najlepsi przyjaciele.
Zwykła cewka miedziana natychmiast zamienia się w elektromagnes, gdy przepływa przez nią prąd. Sterując przełącznikiem, możemy w dowolnym momencie włączyć lub wyłączyć siłę magnetyczną. Silnik opiera się na tych włączanych i wyłączanych elektromagnesach, aby stale przyciągać i obracać centralny magnes!
W tym modelu trzy cewki stojana (A, B, C) są połączone z przełącznikami (MOSFET). Zasilanie zewnętrzne to czysty prąd stały (VCC). Poprzez sekwencyjne włączanie przełączników zgodnie z określonym czasem za pomocą mikrokontrolera (MCU), prąd stały przepływa jednokierunkowo w postaci impulsów przez cewki poszczególnych faz. Każda cewka po podaniu prądu staje się elektromagnesem o stałym biegunie N, przyciągając kolejno biegun S wirnika, co pozwala uzyskać ciągły ruch obrotowy.
Ładowanie...
| Krok | Kąt wirnika | MOS A (Cewka A) | MOS B (Cewka B) | MOS C (Cewka C) | Kierunek pola magnetycznego | Typ prądu |
|---|
Tradycyjne bezszczotkowe silniki prądu przemiennego zmieniają kierunek prądu w cewkach, aby przełączać bieguny między N i S. W jednobiegunowym silniku bezszczotkowym polaryzacja każdej cewki jest stała (generuje tylko biegun N). Nie musimy przełączać biegunów dodatnich i ujemnych; wystarczy postępować zgodnie z sekwencją "A włączony -> A wyłączony/B włączony -> B wyłączony/C włączony". Jest to podobne do sekwencyjnego zapalania lamp sygnalizacyjnych pola magnetycznego w różnych lokalizacjach fizycznych. Biegun S wirnika, dzięki przyciąganiu różnoimiennych biegunów, jest po kolei ciągnięty przez pole magnetyczne cewek stojana do obracania się w określonym kierunku.
W 3-krokowym trybie pełnokrokowym, przy każdej zmianie cewki, pole magnetyczne wirnika musi przeskoczyć o 120°. Zbyt duży kąt kroku powoduje silne wibracje silnika. Tryb półkrokowy wprowadza stan "jednoczesnego zasilania dwóch faz": gdy cewki A i B są zasilane jednocześnie, ich pola magnetyczne nakładają się, tworząc wypadkowe pole magnetyczne dokładnie pośrodku (60°). Dzięki temu kąt skoku zostaje zmniejszony o połowę, ze 120° do 60°, co daje łącznie 6 kroków. Obrót jest znacznie płynniejszy i stabilniejszy w porównaniu z trybem pełnokrokowym.
Choć jednobiegunowy impulsowy układ sterowania DC jest niezwykle prosty, w dowolnym momencie 2/3 uzwojeń silnika jest całkowicie bezczynnych, a miedziane cewki nie są efektywnie wykorzystywane w obu kierunkach. Prowadzi to do bardzo niskiej gęstości mocy i niskiej wydajności materiałowej. Współczesne główne silniki bezszczotkowe wykorzystują prawdziwy dwukierunkowy prąd przemienny (trójfazowy sinusoidalny prąd przemienny) w cewkach, dzięki czemu cewki stojana są wykorzystywane w 100% czasu, co zapewnia wyjątkowo wysoką sprawność i płynny moment obrotowy.
Cewki stojana są obciążeniem o wysokiej indukcyjności. Gdy MOSFET nagle się wyłącza, prąd w cewce nie może natychmiast zaniknąć i generuje bardzo wysoką przejściową siłę przeciwelektromotoryczną (nawet do kilkuset woltów), co może łatwo uszkodzić układ MOSFET. Diody zwrotne (bocznikujące) połączone równolegle z każdą cewką zapewniają ścieżkę do rozładowania tej pozostałej energii; prąd krąży i zanika wewnątrz diody i cewki, zapewniając bezpieczeństwo układu sterowania.
To narzędzie wizualizacyjne doskonale sprawdza się jako pomoc naukowa na kierunkach takich jak elektrotechnika, automatyka czy mechatronika. Wykładowcy mogą użyć tego interaktywnego modelu do zademonstrowania wzbudzania cewek, przełączania MOSFET, przepływu jednobiegunowego impulsowego prądu stałego oraz obracania się wirnika bez uciekania się do nudnych wzorów matematycznych.
Strona zawiera prostą w odbiorze kartę "Tajemnica magnesów". Dzięki wizualnym porównaniom polaryzacji uczniowie i pasjonaci bez przygotowania fizycznego mogą szybko i intuicyjnie zrozumieć koncepcję przyciągania magnetycznego, odpychania i elektromagnesów.
Zsynchronizowany w czasie rzeczywistym schemat układu sterowania pokazuje sygnały sterujące MOSFET, działanie diod zwrotnych i przepływ prądu w cewkach, pomagając inżynierom w szybkim zrozumieniu logiki prostych silników na prąd stały.
Programiści mogą obserwować czasy mikrokontrolera podczas przełączania między trybem pełnokrokowym i półkrokowym. Tabela prawdy ilustruje logikę kroków sterowania.
Obsługuje 30 głównych języków, w tym polski, chiński, angielski, japoński. Wszystkie teksty interfejsu można zmieniać dynamicznie bez ponownego ładowania strony.
Umożliwia przełączanie między trybem pełnokrokowym (3 kroki) i półkrokowym (6 kroków), aby zobaczyć, jak kąt kroku wpłyła na płynność obrotów silnika.
Obsługuje działanie automatyczne oraz ręczne sterowanie krok po kroku (Poprzedni/Następny/Reset) z płynną regulacją prędkości (od 0,3 do 2,5 sekundy na krok) do szczegółowych analiz.
Obrót wirnika, podświetlenie cewek, wskaźniki MOSFET oraz kierunek przepływu prądu są w pełni zsynchronizowane w czasie rzeczywistym.
Tabela prawdy jest podświetlana w synchronizacji z bieżącym krokiem. Kliknij bezpośrednio na węzły osi czasu, aby przejść do odpowiedniego stanu.
Zmienia motyw między ciemnym a jasnym jednym kliknięciem i zapisuje wybór w localStorage dla wygody wizualnej podczas nauki.