馬達的功率_無刷永磁風扇的原理

要解決這個馬達功率的問題

首先要先了解無刷永磁馬達的工作原理才行

一般課本提到的都是有刷馬達

構造和原理大家都很清楚了，就不再多說

但如果是電腦風扇就是無刷馬達了

基本上無刷馬達的轉子是永磁

我們直接偵測磁極分布的情況

結果如下圖所示

定子的部分是線圈

基本上有兩組，採相對分布

利用霍爾來控制要哪一組通電

如下的元件就是霍爾(有標IC1的那個小零件)

電路連接方式以後再說

我們先利用一個小磁鐵來欺騙霍爾，偵測線圈產生的磁極分布模式

結果如下

當N靠近霍爾(紅色圈的部分)，紫色線圈產生N極，綠色線圈不通電

所以當風扇(內有磁鐵轉子)的N極接近霍爾

紫色線圈為N極，剛好轉子的N極就在紫色線圈旁

定子線圈就會推動風扇轉動

當轉動到S極接近霍爾時

綠色線圈為N極(藍色圈的部分)，此時轉子的N極就在綠色線圈旁

定子線圈就會再度推動風扇轉動

如此循環，就會不斷加速風扇旋轉了

馬達的功率_問題篇

就一般的觀念而言

馬達若加上風扇(這算是負載嗎？)，消耗的功率應該更大

但實際上若馬達的種類不同

結果可能不一樣

先就直流馬達來說

常見的有兩種，有刷永磁馬達和無刷永磁馬達(直流無刷感應式馬達較少見)

這兩種的結果完全不同，可以怎麼解釋呢？

有刷馬達

無刷馬達

但如果我壓住無刷馬達的風扇

電流就會如預期的增加

越用力，電流就越大

紅外線穿越人體

可見光無法穿過人體

所以我們才會有影子

那紅外光呢？

我們利用光電二極體來接收紅外光

再將訊號放大給LED

就可以觀察是否發射出紅外光

最簡單的方法就是用遙控器

因為遙控器發出的紅外光是脈衝訊號

可以確認是否就是我們所要的光源

而非其他紅外的干擾

實驗結果如影片

坦白說...結果滿驚訝的!!

電磁感應_線圈內的磁鐵

這是以前很常考的一題

當磁鐵垂直進入線圈

檢流計會如何偏轉？

進去和出來沒問題

但在線圈內部呢？

標準答案也沒問題，就是不偏轉

但這個現象如果能用實驗來呈現就會更有fu

我們繞了一根約40公分的線圈

再拿另一支水管黏上磁鐵

方便磁鐵在線圈內部移動

線圈兩端會因為磁鐵的進或出感應出高電位或低電位

因此我們將線圈兩端分別輸入NPN的B極

就可以來觀察線圈的電流方向

電路圖如下

我們設計當磁鐵進入，線圈上方感應出高電位，LED1亮

當磁鐵出來，線圈下方感應出高電位，LED2亮

這樣就可以直觀看出現圈是否產生感應電動勢

但如果磁鐵只在內部快速移動呢？

直接看影片就可以得到答案了~~

直觀的實驗總是最迷人的

再修按摩器

這個按摩器之前就修過

原本是充電線短路

結果過了一陣子又說不能充電了

先查電源是沒問題的

電也有到充電座

但卻沒有到電路板上

接觸點已經確認過沒問題

但從觸點到充電板是斷路的

一度懷疑是充電線斷了

只好整個拆掉才能看到連接線

結果竟然是觸點和連接線接觸不良

原本的設計只是放著而已

直接焊接上去就一勞永逸了

裝機前再確認一次

搞定，可以再還給主人了~~

改裝緊急照明燈

幾年前把樓梯燈都換成感應式的

但有時候從車庫上樓的感應燈就是不靈敏

尤其是晚上的時候

樓梯都爬了2/3才亮燈，這樣實在很危險

最簡單的方法當然就是直接插個小夜燈

但我已經有了一個緊急照明燈在樓梯間

不如就用這個緊急照明燈來當小夜燈就好

緊急照明燈的構造很簡單

電源的部分就是容抗降壓加上橋式整流之後

再利用一條稽納二極體穩壓

利用這個電源來對電池充電並同時控制二極體的通斷

市電消失就導通二極體點亮LED

細節和電路圖可以看這幾篇

所以我需要做的就是引出稽納兩端的電源利用LDR來控制LED就可以了

測試的結果發現單顆NPN電流不夠大

因為我不希望在微微暗就亮燈，所以上拉電阻用了將近1M

因此再用達靈頓電路來加大LED的電流

靈敏度的部分就直接用那顆1M的VR上拉電阻來調整就好

改裝過程如下

結果還算滿意

至少不會太醜...

RC電路分析2

在前一篇我們 了解了如何用電阻電容來控制電晶體通斷路的頻率之後

還有一個重要的伏筆要來聊聊

就是充電時間t1(設計為通路)和放電時間t2(設計為斷路)這兩個之間的微妙關係

t1由電容大小和VR上半部電阻(加上限流電阻)決定

t2由電容大小和VR下半部電阻決定

(其實應該還有電壓，但在這裡先不討論了)

t1+t2則決定了整體電路的週期(頻率)

因此若改變VR中間接腳的位置

就可以改變和t1和t2的時間

我們將頻率放慢到0.5Hz(週期2秒)來看看

為方便觀察

我們將電路設計為通路時亮藍燈，斷路時亮紅燈

在週期不變的情況下

若充電時間(通路)t1=0.2s，放電時間(斷路)t2就會是1-0.2=1.8秒

藍燈亮的時間較短，紅燈亮的時間較長

若反之，充電時間(通路)t1=1.8s，放電時間(斷路)t2就會是1-1.8=0.2秒

藍燈亮的時間較長，紅燈亮的時間較短，

若剛好都是1秒，則藍燈紅燈亮的時間均相同

如下影片

佔空比10%

佔空比90%

佔空比50%

這個概念就是所謂的佔空比(Duty Ratio)

也就是通路(高電位)時間佔整體週期的比率

當佔空比越高，電路相對的整體功率也越高

若頻率調高到數十赫，人眼就幾乎看不到閃爍的過程

感覺上就會是整體亮度的調製

這就是上一篇提到的PWM真正的概念

PWM，Pulse-width modulation，脈衝寬度調制

實務上通常我們會將頻率拉高到數K到數十K

這樣會更接近直流的情況

但也不能無限制拉上去，這部分有機會再說

如下影片

我們將頻率拉到4K左右

就可以當作很平順的調光器或馬達的調速器了