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FLUXLaboratoire interactif

Modèle et méthode

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Électricité → rotation

Moteur à courant continu à balais.

Trois bobines. Deux pôles permanents. Un circuit commuté mécaniquement.

Topologie du rotor3 dents · 3 bobines · 3 lames

Pôles du rotor (dents bobinées)

Reconstruit l'induit et son circuit électrique. Changer la configuration redémarre l'expérience et efface la trace.

Couleurs N / S dynamiques du rotor

Rouge N / bleu S : excitation de l'induit. Gris : proche de zéro. Sélectionnez une fiche de dent pour la suivre.

Alimentation continue

Tension appliquée9,0 V

0 V12 V

Charge de l'arbre8,0 mN·m

Marche à videFrein

Champ d'entrefer de référence0,45 T

0 T0,60 T

Balais et arbreNormal

Préréglages d'expérience

Chaque préréglage restaure l'alimentation, la charge et le champ de référence, puis change une condition.

Restaure l'alimentation, la charge, le champ, les vues et le temps d'étude de référence, conserve la topologie du rotor et démarre une nouvelle trace.

Vue d'assemblage

Visualiser

Champ magnétiqueCourant conventionnelForces de LorentzÉtiquettes des composants

Tracer un bobinage

Glisser pour orbiter · Maj + glisser pour translater · double-clic pour réinitialiser la vue

Enregistrer

Efface uniquement la trace défilante et démarre un nouveau numéro de course ; l'état du moteur est inchangé.

Référence du modèle

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

Topologie du bobinage: 3 branches en anneau fermé ; 72 spires par branche
Résistance / inductance du bobinage: 2,4 Ω / 1,2 mH par branche
Résistance de contact du balai pleine face: 0,12 Ω par balai
Inertie / frottement visqueux: 2.8 × 10⁻⁵ kg·m² / 1.5 × 10⁻⁵ N·m·s
Intégrateur: Circuit en Euler implicite ; rotor semi-implicite ; au plus 20 μs par pas
Matériaux magnétiques de référence: μᵣ : rotor 500 ; culasse 900 ; aimants 1,05
Densité de flux d'entrefer de référence: 0,45 T au point d'échantillonnage de l'axe polaire

Non modélisés : l'inductance mutuelle, la réaction d'induit dans l'affichage du champ, la saturation du fer, l'hystérésis, les courants de Foucault, les fuites d'extrémité, l'arc aux balais, l'usure, le rebond de contact et les limites thermiques. Les capacités de nœud de 1 nF servent à la régularisation du circuit.

Autovérifications du modèle

Exécute les vérifications du laboratoire source pour les circuits à 2, 3 et 4 dents dans un worker en arrière-plan. Cela peut prendre plusieurs secondes et ne change pas l'expérience.

Espacesuspendre / reprendre le temps

Le principe de fonctionnement

Courant. Champ. Mouvement.

Un circuit physique, commuté par l'arbre lui-même.

Rotor à 3 pôles / collecteur à 3 lames

Vitesse de l'arbre

0rpm

Courant d'alimentation

0,00A

Couple électromagnétique

0,0mN·m

Force contre-électromotrice · équivalente

0,00V

Cliquez sur un composant de la scène pour inspecter sa fonction.

Champ BCourant IForce F

N → S à travers le rotor ; S → N à travers le retour en acier.
Approximation 2D du champ statorique · les pointes de flèches indiquent la direction, pas le mouvement.

Activez la sonde de champ B ; elle mesure dans la caméra de coupe de champ.

Contact des balais / coupe en direct

Orbite · zoom · inspection
Maj + glisser pour déplacer · double-clic pour réinitialiser la vue

Construction du moteur et de son circuit magnétique.

WebGL 2 autonome / aucun réseau requis

Temps physique0,000 s

Rotor15,0°

Courants de bobinage / temps physique

A B C

Bobinage en triangle / 3 lames en cuivre

Bilan de puissance électrique

Entrée électrique

Convertie · τω

Chaleur des bobinages

Chaleur des balais

Stockage + solveur

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Référence pédagogique · Puissance

Laboratoire de moteur à courant continu à balais

Reconstruisez un moteur à courant continu à balais à 2, 3 ou 4 dents et observez la commutation, la charge, le blocage et la roue libre surgir d'un seul circuit résolu.

Ce laboratoire est un moteur à courant continu à aimant permanent et balais conçu à des fins pédagogiques, pas une réplique dimensionnelle ni un modèle de performance validé d'un produit commercial. L'induit à 2, 3 ou 4 dents sélectionné possède exactement autant d'enroulements continus à 72 spires et de lames de collecteur en cuivre, réunis en un anneau fermé. Changer de rotor reconstruit les engrènements de dents, les bobines, les fils, les lames, la matrice du circuit, les canaux de traçage et les étiquettes.

Deux balais de charbon fixes établissent un contact dépendant de l'angle avec le collecteur. Les équations de Kirchhoff pour chaque branche de bobinage sont résolues implicitement à chaque pas, et la force contre-électromotrice ainsi que le couple électromagnétique utilisent la même dérivée du flux couplé issue du champ, de sorte que la puissance électrique convertie égale le couple multiplié par la vitesse. Aucune vitesse cible ni minuterie d'animation ne pilote le rotor : sa vitesse provient du couple, du frottement des paliers et de la charge sélectionnée.

Le champ magnétique est une référence bidimensionnelle précalculée, limitée au stator, issue d'une solution de potentiel vecteur en volumes finis, remise à l'échelle linéairement par le réglage de champ. Elle omet la réaction d'induit, la saturation du fer, l'hystérésis, les courants de Foucault et les fuites d'extrémité. Les couleurs des dents du rotor montrent l'excitation de l'induit calculée à partir des courants de bobinage, avec une approximation à réluctance égale, et non un champ mesuré. L'arc aux balais, l'usure, le rebond de contact et les limites thermiques ne sont pas simulés.

Essayez les expériences : ajoutez une charge à l'arbre et observez la vitesse chuter tandis que le courant augmente, inversez l'alimentation et voyez le rotor freiner avant de s'inverser, rétractez un balai ou ouvrez l'alimentation pour laisser le rotor rouler en roue libre, ou verrouillez l'arbre pour comparer le courant de blocage au courant de marche. Le rotor à deux dents a de réelles positions mortes où aucun balai ne peut l'entraîner.

Caractéristiques

Options de rotor: 2, 3 ou 4 dents bobinées, bobines et lames de collecteur
Bobinage: 72 spires par bobine ; 2,4 Ω et 1,2 mH par branche
Alimentation: 0–12 V, réversible
Champ d'entrefer de référence: 0,45 T sur l'axe polaire (0–0,60 T réglable)
Intégrateur: Circuit en Euler implicite, rotor semi-implicite, au plus 20 μs par pas
Référence de champ: Solution magnétostatique 2D en volumes finis, grille 321 × 321

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Courant. Champ. Mouvement.

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