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FLUX

Interaktives Labor

Modell & Methode

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Elektrizität → Rotation

Bürsten-Gleichstrommotor.

Drei Spulen. Zwei Dauermagnetpole. Ein mechanisch geschalteter Stromkreis.

Ankertopologie3 Zähne · 3 Wicklungen · 3 Lamellen

Ankerpole (bewickelte Zähne)

Baut den Anker und seinen Stromkreis neu auf. Eine geänderte Konfiguration startet das Experiment neu und löscht die Kurve.

Dynamische Anker-N/S-Farben

Rot N / Blau S: Ankererregung. Grau: nahe null. Wählen Sie eine Zahnkarte, um sie zu verfolgen.

Gleichstromversorgung

Angelegte Spannung9,0 V

0 V12 V

Wellenlast8,0 mN·m

LeerlaufBremse

Referenz-Luftspaltfeld0,45 T

0 T0,60 T

Bürste und WelleNormal

Experiment-Voreinstellungen

Jede Voreinstellung stellt die Referenzversorgung, -last und das Referenzfeld wieder her und ändert dann eine Bedingung.

Stellt Referenzversorgung, -last, -feld, Ansichten und Studienzeit wieder her, behält die Ankertopologie bei und startet eine neue Kurve.

Baugruppenansicht

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MagnetfeldTechnische StromrichtungLorentzkräfteBauteilbeschriftungen

Wicklung verfolgen

Ziehen zum Drehen · Umschalt + Ziehen zum Verschieben · Doppelklick setzt die Ansicht zurück

Aufzeichnen

Löscht nur die laufende Kurve und beginnt eine neue Laufnummer; der Motorzustand bleibt unverändert.

Modellreferenz

vⱼ − vⱼ₊₁ = R iⱼ + L diⱼ/dt + ω ∂λⱼ/∂θ
τ = Σ iⱼ ∂λⱼ/∂θ · eⱼ = ω ∂λⱼ/∂θ
J dω/dt = τ − bω − τ_load − τ_friction

Wicklungstopologie: 3 Zweige in geschlossenem Ring; 72 Windungen je Zweig
Wicklungswiderstand / -induktivität: 2,4 Ω / 1,2 mH je Zweig
Kontaktwiderstand der Vollflächenbürste: 0,12 Ω je Bürste
Trägheit / viskose Reibung: 2,8 × 10⁻⁵ kg·m² / 1,5 × 10⁻⁵ N·m·s
Integrator: Rückwärts-Euler-Schaltkreis; semi-impliziter Anker; höchstens 20 μs je Schritt
Referenz-Magnetwerkstoffe: μᵣ: Anker 500; Joch 900; Magnete 1,05
Referenz-Luftspaltflussdichte: 0,45 T am Messpunkt der Polachse

Nicht modelliert: Gegeninduktivität, Ankerrückwirkung in der Feldanzeige, Eisensättigung, Hysterese, Wirbelströme, Stirnstreuung, Bürstenfeuer, Verschleiß, Kontaktprellen und thermische Grenzen. Die Knotenkapazitäten von 1 nF dienen der numerischen Regularisierung des Stromkreises.

Modell-Selbsttests

Führt die ursprünglichen Laborprüfungen für die Schaltungen mit 2, 3 und 4 Zähnen in einem Hintergrundprozess aus. Dies kann einige Sekunden dauern und verändert das Experiment nicht.

LeertasteZeit anhalten / fortsetzen

Das Funktionsprinzip

Strom. Feld. Bewegung.

Ein physischer Stromkreis, geschaltet von der Welle selbst.

3-poliger Anker / Kommutator mit 3 Lamellen

Wellendrehzahl

0U/min

Versorgungsstrom

0,00A

Elektromagnetisches Drehmoment

0,0mN·m

Gegen-EMK · äquivalent

0,00V

Klicken Sie auf ein Bauteil in der Szene, um seine Funktion zu untersuchen.

B-FeldStrom IKraft F

N → S durch den Anker; S → N durch den Stahlrückschluss.
2D-Statorfeld-Näherung · Pfeilspitzen zeigen die Richtung, nicht die Bewegung.

Schalten Sie die B-Feld-Sonde ein; sie misst in der Feldschnitt-Kameraansicht.

Bürstenkontakt / Live-Querschnitt

Orbit · Zoom · Untersuchen
Umschalt + Ziehen: Schwenken · Doppelklick: Ansicht zurücksetzen

Der Motor und sein Magnetkreis werden aufgebaut.

Eigenständiges WebGL 2 / kein Netz nötig

Physikalische Zeit0,000 s

Rotor15,0°

Wicklungsströme / physikalische Zeit

A B C

Dreieckswicklung / 3 Kupferlamellen

Elektrische Leistungsbilanz

Elektrischer Eingang

Umgewandelt · τω

Wicklungswärme

Bürstenwärme

Speicherung + Löser

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Lehrreferenz · Antrieb

Labor für bürstenbehaftete Gleichstrommotoren

Bauen Sie einen zwei-, drei- oder vierzähnigen Gleichstrommotor mit Bürsten neu auf und beobachten Sie, wie Kommutierung, Last, Blockade und Auslauf aus einem einzigen gelösten Stromkreis entstehen.

Dieses Labor ist ein eigens entwickelter Lehr-Gleichstrom-Permanentmagnetmotor mit Bürsten, kein maßstabsgetreuer Nachbau und kein validiertes Leistungsmodell eines handelsüblichen Produkts. Der gewählte Anker mit zwei, drei oder vier Zähnen besitzt genau so viele durchgehende Wicklungen mit 72 Windungen und Kupferkommutatorlamellen, verbunden in einem geschlossenen Ring. Ein Wechsel des Ankers baut Zahngeometrie, Wicklungen, Anschlüsse, Lamellen, Schaltkreismatrix, Kurvenkanäle und Beschriftungen neu auf.

Zwei feststehende Kohlebürsten stellen winkelabhängigen Kontakt mit dem Kommutator her. Die Kirchhoffschen Gleichungen für jeden Wicklungszweig werden bei jedem Schritt implizit gelöst, und Gegen-EMK sowie elektromagnetisches Drehmoment nutzen dieselbe, aus dem Feld abgeleitete Flussverkettungsänderung, sodass die umgewandelte elektrische Leistung Drehmoment mal Drehzahl entspricht. Keine Zieldrehzahl und kein Animationstimer treiben den Anker an: Seine Drehzahl ergibt sich aus Drehmoment, Lagerreibung und der gewählten Last.

Das Magnetfeld ist eine vorberechnete, zweidimensionale, rein statorbezogene Referenz aus einer Finite-Volumen-Vektorpotenziallösung, linear skaliert über die Feldeinstellung. Ankerrückwirkung, Eisensättigung, Hysterese, Wirbelströme und Stirnstreuung bleiben unberücksichtigt. Die Farben der Ankerzähne zeigen die aus den Wicklungsströmen mit einer Näherung gleichen magnetischen Widerstands berechnete Ankererregung, kein gemessenes Feld. Bürstenfeuer, Verschleiß, Kontaktprellen und thermische Grenzen werden nicht simuliert.

Probieren Sie die Experimente: Legen Sie eine Wellenlast an und beobachten Sie, wie die Drehzahl sinkt, während der Strom steigt; polen Sie die Versorgung um und sehen Sie, wie der Anker bremst, bevor er sich umkehrt; heben Sie eine Bürste ab oder öffnen Sie die Versorgung, damit der Anker ausläuft; oder blockieren Sie die Welle, um Blockierstrom und Laufstrom zu vergleichen. Der zweizähnige Anker hat echte Totpunkte, an denen ihn keine Bürste antreiben kann.

Technische Daten

Ankeroptionen: 2, 3 oder 4 bewickelte Zähne, Wicklungen und Kommutatorlamellen
Wicklung: 72 Windungen je Wicklung; 2,4 Ω und 1,2 mH je Zweig
Versorgung: 0–12 V, umpolbar
Referenz-Luftspaltfeld: 0,45 T auf der Polachse (0–0,60 T einstellbar)
Integrator: Rückwärts-Euler-Schaltkreis, semi-impliziter Anker, höchstens 20 μs je Schritt
Feldreferenz: 2D-Finite-Volumen-Magnetostatiklösung, 321 × 321-Gitter

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Strom. Feld. Bewegung.

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