Kích thích tuần tự các cuộn dây stator bằng "dòng điện một chiều dạng xung" một hướng để tạo ra từ trường quay từng bước, từ đó hút rotor quay liên tục. Mô phỏng trực quan và điều khiển nguyên lý động cơ không chổi than.
Bất kỳ nam châm nào cũng có hai đầu, được gọi là cực N (Cực Bắc/Màu đỏ) và cực S (Cực Nam/Màu xanh dương).
Khi hai cực nam châm tiến lại gần nhau:
• Cực cùng tên sẽ đẩy nhau: Cực N gặp cực N, hoặc cực S gặp cực S, chúng sẽ đẩy nhau ra xa một cách mạnh mẽ.
• Cực khác tên sẽ hút nhau: Cực N và cực S gặp nhau, chúng sẽ hút chặt lấy nhau như những người bạn tốt.
Một cuộn dây đồng thông thường sẽ ngay lập tức biến thành một nam châm điện khi có dòng điện chạy qua. Hơn nữa, chúng ta có thể bật hoặc tắt từ tính của nó bất cứ lúc nào bằng cách điều khiển công tắc. Động cơ hoạt động dựa trên các nam châm điện có thể bật/tắt này để liên tục hút và kéo nam châm ở giữa quay tròn!
Trong mô hình này, ba cuộn dây stator (A, B, C) được kết nối với các công tắc tương ứng (MOSFET). Nguồn cấp ngoài là nguồn điện one chiều thuần túy (VCC). Bằng cách điều khiển các MOSFET đóng/ngắt tuần tự theo trình tự thời gian xác định thông qua bộ vi điều khiển (MCU), dòng điện một chiều xung sẽ chạy qua cuộn dây của từng pha theo một hướng nhất định. Mỗi khi một cuộn dây được cấp điện, nó sẽ trở thành nam châm điện có cực N cố định, hút cực S của rotor để tự căn chỉnh tuần tự, giúp động cơ quay liên tục.
Đang tải...
| Bước | Góc quay Rotor | MOS A (Cuộn dây A) | MOS B (Cuộn dây B) | MOS C (Cuộn dây C) | Hướng từ trường | Loại dòng điện |
|---|
Các động cơ không chổi than xoay chiều (AC) truyền thống thay đổi hướng dòng điện cuộn dây để chuyển đổi cực giữa N và S. Trong động cơ không chổi than đơn cực, cực tính của mỗi cuộn dây là cố định (chỉ tạo ra cực N). Chúng ta không cần đổi chiều dòng điện cực dương và cực âm; chúng ta chỉ cần chạy theo trình tự "A bật -> A tắt/B bật -> B tắt/C bật". Việc này tương tự như bật tuần tự các bóng đèn tín hiệu từ trường ở các vị trí vật lý khác nhau. Cực S của rotor, nhờ vào lực hút của các cực khác tên, sẽ lần lượt bị hút bởi từ trường của các cuộn dây stator được kích thích tuần tự để quay theo một hướng nhất định.
Trong chế độ cả bước 3 bước, mỗi lần chuyển đổi cuộn dây, từ trường rotor phải nhảy một góc 120°. Góc bước quá lớn sẽ gây ra rung động cơ học rất mạnh. Chế độ nửa bước đưa vào trạng thái "hai pha đồng thời dẫn điện": khi cuộn dây A và B đồng thời được cấp điện, từ trường của chúng sẽ chồng chập lên nhau để tạo ra từ trường tổng hợp ở chính giữa (60°). Nhờ đó, góc nhảy được giảm đi một nửa, từ 120° xuống còn 60°, với tổng cộng 6 bước. Chuyển động quay sẽ mịn và mượt mà hơn rõ rệt so với chế độ cả bước.
Mặc dù mạch điều khiển DC xung đơn cực cực kỳ đơn giản, nhưng tại bất kỳ thời điểm nào luôn có 2/3 số cuộn dây của động cơ hoàn toàn nhàn rỗi và các cuộn dây đồng không được sử dụng hiệu quả theo cả hai hướng. Điều này dẫn đến mật độ công suất và hiệu suất sử dụng vật liệu của động cơ rất thấp. Các động cơ không chổi than chính thống hiện nay sử dụng dòng điện xoay chiều hai chiều thực sự (dòng xoay chiều hình sin ba pha) chạy trong cuộn dây, tận dụng 100% thời gian hoạt động của cuộn dây stator, mang lại hiệu suất cực cao và mô-men xoắn cực kỳ mượt mà.
Các cuộn dây stator là tải có tính cảm kháng cao. Khi MOSFET đột ngột tắt, dòng điện trong cuộn dây không thể biến mất ngay lập tức và sẽ tạo ra một suất điện động tự cảm ngược tức thời rất cao (thậm chí lên tới hàng trăm vôn), dễ dàng đánh thủng MOSFET. Các diode triệt xung ngược đấu song song với mỗi cuộn dây sẽ cung cấp một đường xả cho năng lượng dư thừa này; dòng điện tuần hoàn sụt giảm trong diode và cuộn dây, đảm bảo an toàn cho mạch điều khiển.
Công cụ trực quan này rất phù hợp làm tài liệu giảng dạy bổ trợ cho các chuyên ngành kỹ thuật điện, tự động hóa, cơ điện tử và các lĩnh vực liên quan. Giảng viên có thể sử dụng mô hình tương tác này để trình diễn sinh động việc kích thích cuộn dây, đóng ngắt MOSFET, dòng điện xung DC đơn cực, và cách rotor quay trong từ trường bước mà không cần đến các công thức toán học khô khan.
Trang web tích hợp thẻ kiến thức cơ bản "Bí mật của nam châm" rất dễ hiểu. Thông qua so sánh trực quan các cực từ, học sinh và những người đam mê không có nền tảng vật lý có thể nhanh chóng hiểu được nguyên lý hút/đẩy của nam châm và khái niệm nam châm điện.
Sơ đồ mạch điều khiển được đồng bộ hóa theo thời gian thực hiển thị rõ ràng tín hiệu điều khiển MOSFET, hoạt động của diode triệt xung ngược và dòng điện trong cuộn dây, giúp các kỹ sư nhanh chóng nắm bắt logic của động cơ xung DC đơn giản.
Các nhà phát triển có thể học logic thời gian IO của vi điều khiển khi điều khiển động cơ không chổi than bằng cách quan sát quá trình chuyển đổi giữa chế độ cả bước và nửa bước. Bảng chân trị với các mức logic cao/thấp thể hiện trực quan quy trình điều khiển cơ bản.
Hỗ trợ 30 ngôn ngữ chính như tiếng Việt, tiếng Trung, tiếng Anh và tiếng Nhật. Tất cả văn bản giao diện có thể thay đổi động trực tiếp mà không cần tải lại trang.
Cung cấp khả năng chuyển đổi tức thì giữa chế độ cả bước (3 bước) và nửa bước (6 bước) để quan sát rõ góc bước ảnh hưởng thế nào đến độ mượt mà khi quay của động cơ.
Hỗ trợ chạy tự động và chạy thủ công từng bước (Bước trước/Bước tiếp theo/Đặt lại), cho phép điều chỉnh tốc độ chạy vô cấp (từ 0.3 đến 2.5 giây/bước) để phân tích chi tiết.
Chiều quay của rotor, hiệu ứng phát sáng của cuộn dây, đèn chỉ thị MOSFET và hướng dòng điện trong mạch điều khiển hoàn toàn đồng bộ theo thời gian thực.
Bảng chân trị được đánh dấu nổi bật tương ứng với bước hiện tại. Cho phép bấm trực tiếp vào bất kỳ điểm nút nào trên trục thời gian để chuyển nhanh đến trạng thái đó để phân tích tĩnh.
Chuyển đổi giữa chủ đề tối/sáng chỉ với một lần bấm và lưu tùy chọn vào localStorage để bảo vệ thị lực khi học tập lâu dài.