Teemad:
- Sissejuhatus
- Püsimagnetiga sammmootor (PM-tüüpi)
- Muutuva reluktantsiga samm-mootor (VR)
- Hübriidne samm-mootor
Eessõna:
Sammmootorit, nagu nimigi ütleb, saab reguleerida mitmes etapis. Sammude arv võib olla erinev. Olenevalt rakendusest võib samm-mootor reguleerida 4 kuni 200 sammu ühe pöörde kohta, mis võib tähendada rootori kontrollitud pöörlemist 0,8°.
Sammmootori pöördenurka saab väga täpselt määrata. Sammmootor on põhimõtteliselt üks sünkroonne alalisvoolu elektrimootor ilma süsinikharjadeta, kuna osad ja juhtimismeetodid on väga sarnased, kuid sellest hoolimata eristatakse seda alalisvoolumootorist järgmiste omaduste poolest:
- Sammmootoril on suhteliselt suur pöördemoment madalatel pööretel ja seetõttu saab see paigalt väga kiiresti käivituda;
- Sammmootori liikumine on aeglane ja väga täpne. Alalisvoolumootorit kasutatakse selleks, et see saaks pikka aega kiiresti töötada;
- Sammmootori pöörlemiskiirust ja asendit juhitakse juhtseadme juhtsignaaliga. See tähendab, et asendiandurit ega muud tagasisidet pole vaja;
- Sammmootor teeb rohkem müra ja tekitab rohkem vibratsiooni võrreldes harjadeta alalisvoolumootoriga.
Sammmootorit kasutatakse autos paljudes kohtades, et osad saaksid teha kontrollitud elektrilist liikumist. Allpool on kolm rakendust, milles samm-mootorit võib leida, nimelt: tühikäigu juhtimiseks, armatuurlaual olevad käed ja ventilatsiooni juhtimiseks kütteventiilid.
Sammmootor tühikäigu juhtimiseks:
Bensiinimootori drosselklapp on puhkeolekus suletud. Mootori tühikäigul töötamiseks on vaja väikest avaust. Samuti peab läbipääs olema reguleeritav, sest temperatuur ja koormus (nt tarbijate, näiteks kliimaseadme pumba sisselülitamisel) mõjutavad vajalikku imetava õhu kogust.
Kaasaegsetes mootorites on drosselklapi asend täpselt juhitud. Samuti leiame süsteeme, kus drosselklapp on täielikult suletud ja õhk juhitakse ümber drosselklapi möödaviigujuhtseadme kaudu. Õhuringlust saab teostada kas PWM-juhitava alalisvoolumootori või samm-mootori abil. Vaadake lehte selle kohta gaasihoob.
Kolm allolevat pilti on samm-mootorist, mis toimib tühikäigu kiiruse regulaatorina. Möödaviigu avamist juhib koonilise otsaga võll. Sammmootori armatuuri pööramine põhjustab tiguülekande pöörlemise.
- Pööra vastupäeva: tiguülekanne pöördub sissepoole (suur ava möödavoolul);
- Päripäeva pöörlemine: tiguülekanne pöörleb väljapoole (väike ava möödavoolul).
Armatuurlaud:
Armatuurlaud on sageli varustatud mitme samm-mootoriga paagi taseme mõõtja, spidomeetri, tahhomeetri, mootori temperatuuri ja allolevas näites ka tahhomeetri all oleva kulumõõturi jaoks. BMW armatuurlaud on näidatud allpool.
Armatuurlaua tagant (seest) leiame viis musta korpusega samm-mootorit. Paremal näeme kõnealust samm-mootorit ilma korpuseta. Siin on selgelt näha kaks mähist ja neli ühendust (kaks vasakut, kaks paremat), mille järgi tunneme ära bipolaarse samm-mootori. Sammmootoriga saab osuti nõelu väikeste sammudega reguleerida. Reguleerimiskäsk tuleb näidikuplokis asuvast ECU-st.
Järgmine diagramm näitab samm-mootori draiveri sisendeid ja väljundeid. See on näidikuplokis olev IC, mis teisendab sissetuleva teabe samm-mootori väljundiks:
- kütuse tase paagis (paagi ujuk);
- sõiduki kiirus (käigukasti impulssgeneraator või ABS-andurid);
- mootori pöörlemiskiirus (väntvõlli asendiandur);
- temperatuur (jahutusvedeliku temperatuuriandur).
Plokkskeemil näitavad punased ja rohelised nooled samm-mootori mähiste ühendusi (A kuni D).
Õhujuhtventiilid ahjumajas:
Sageli leiame samm-mootoreid elektrooniliselt juhitavatest õhutusventiilidest ahjumaja. Allolevatel piltidel on foto õhutemperatuuri klapist (vasakul) ja paigaldusasendi illustratsioon (paremal). Sammmootor juhib ventiili mehhanismi abil, kus joonisel olev number 4 tähistab pöördepunkti. Kui samm-mootor töötab valesti või pärast väljavahetamist, tuleb ECU-s teada anda algus- ja lõppasendid. Diagnostikaseadmete abil saame selgeks klapipeatused, et ECU teaks, millal klapp on täielikult avatud või suletud, et see saaks ka määrata, kui kaua peaks samm-mootorit klapi osaliseks avamiseks juhtima.
Püsimagnetiga sammmootor (PM-tüüpi):
Seda tüüpi samm-mootoril on püsimagnetiga rootor. Selle samm-mootori eeliseks on lihtne ehitus ja seetõttu madal omahind. Allpool on teave selle samm-mootori töö kohta.
Sammmootori rootor suudab teha täispöörde mitme vaheastmega. Alloleval neljal pildil olevas näites on pöörde kohta näidatud neli vaheetappi. Seetõttu saab rootori peatada iga 90 kraadi järel. Vasakpoolne samm-mootor on asendis 1, rootori põhjapoolus on ülaosas ja lõunapoolus all. Rootori liigutamiseks 90 kraadi päripäeva katkestatakse vool klemmidega C ja D poolile ning teisele mähisele antakse pinge. Seda on näha teisest samm-mootorist. Vasakpoolne jalanõu muutub punaseks (põhjapoolus) ja parempoolus mustaks (lõunapoolus). See asetab rootori asendisse 2.
See toimib sel viisil ka seadistustega 3 ja 4; mähis C ja D vahel on pingestatud positsiooni 3 jaoks, kuid vool liigub vastupidises suunas kui asendis 1. Ülemine poolus on nüüd põhjapoolus ja alumine lõunapoolus. Rootor on nüüd asendis 3. Asendis 4 lülitatakse alumine mähis uuesti pingesse ja rootor pöörleb asendisse 4.
Neljakäigulist samm-mootorit saab peatada iga 90 kraadi järel. Kui sellest ei piisa rakenduse jaoks, mille jaoks samm-mootorit kasutatakse, saab selle seadistada ka kaheksa sammuna. See on võimalik sama samm-mootoriga, kuid nende vaheetappide ajal saavad mõlemad mähised üheaegselt pingestatud.
Alloleval pildil on näidatud need vaheetapid. Need on sammud 5 kuni 8. Nagu näete, on seadistus 5 sammude 1 ja 2 vahel. Sama kehtib ka 6. etapi kohta (sammude 2 ja 3 vahel) jne. Nende vaheetappide ajal voolab vool läbi mõlema pooli.
Kui rootor tuleb keerata astmele 5, liigub vool nii alumises mähises punktist A punkti B ja ülemises poolis punktist C punkti D. Seega on nüüd kaks põhjapoolust (punased poolused) ja kaks lõunapoolust (mustad poolused). Rootor on asendis 5.
Rootori 45 kraadi võrra edasi pööramiseks (asendisse 2) kehtib taas nelja asendiga samm-mootori skeem. Alumine mähis lülitatakse uuesti sisse, et vool saaks voolata punktist A punkti B.
Kui samm-mootorit pööratakse seejärel 45 kraadi võrra edasi (asendisse 6), rakendub ülaltoodud pilt uuesti, kusjuures mõlemad mähised on pingestatud.
Sammmootorit juhib alati juhtseade. Juhtseadme draiveri IC-s olevad transistorid tagavad voolu toite ja tühjenemise pooluskingadesse ja sealt välja. Juhtseade sisaldab kaheksat transistorit. Neid kaheksat transistori õigesti reguleerides teeb samm-mootor nelja või kaheksa sammuga täieliku pöörde. Pöörlemine võib olla kahes suunas; vasakule ja paremale. Juhtseade tagab õigete transistorite juhtivaks muutmise.
Pildil näeme samm-mootorit, mida juhib juhtseade. Transistorid 1 ja 4 on sisse lülitatud. Juhtimise selgitamiseks on transistorid ja juhtmed värvitud punaseks ja pruuniks. Transistor 1 (punane) ühendab klemmi A positiivsega ja transistor 4 (pruun) ühendab klemmi B maandusega.
Kuna transistorid 2 ja 3 ei ole sisse lülitatud, ei voola nende kaudu vool. Kui see nii oleks, tekiks lühis.
Pildil on samm-mootor veidi edasi pööratud. Selleks tuleb ka transistorid 6 ja 7 muuta juhtivaks.
Et samm-mootor saaks veidi edasi pöörduda, peatub transistoride 1 ja 4 juhtivus. Endiselt juhivad ainult transistorid 6 ja 7, mistõttu samm-mootor võtab positsiooni 3.
Järgmise sammu jaoks tuleb transistorid 2 ja 3 sisse lülitada.
Muutuva reluktantsiga samm-mootor (VR):
Nagu püsimagnetiga sammmootor, sisaldab ka muutuva reluktantsiga sammmootor mähistega staatori pooluseid. See erineb eelnevalt käsitletud samm-mootorist ferromagnetilisest metallist, näiteks niklist või rauast, valmistatud hammasrootori poolest. See tähendab, et rootor ei ole magnetiline. Seda tüüpi samm-mootorit kasutatakse tänapäeval harva.
Staatori mähis ühel küljel (A) on keritud vastupidiselt teisele küljele (A'). Sama kehtib loomulikult ka B ja B' jne kohta. Rootori hambaid tõmbab magnetvoog, mis tekib staatoripoolide pingestamisega.
VR samm-mootori eelised võrreldes püsimagnetitega versiooniga on järgmised:
- Püsimagnetite puudumise tõttu on VR samm-mootori tootmine keskkonnale vähem kahjulik;
- Staatori poolide polaarsust ei ole vaja muuta. See võimaldab lihtsamat juhtimist;
Puudused on järgmised:
- Madal pöördemoment;
- Madal täpsus;
- Kõrgem müra tootmine. Seetõttu on rakenduste arv, sealhulgas autotööstuses, piiratud;
- Püsimagnetite puudumise tõttu puudub paigal seismisel hoidmismoment.
Hübriidne samm-mootor:
Hübriidsammmootoril on püsimagnetitega hammasrootor ja kaheksa mähisega hammasstaator, mille rootori ja staatori vahel on väike õhuvahe. Rootor koosneb kahest hammasrattast, mis on üksteisest 3,6° nihutatud. Rootori siseküljel on suur magnet. Magneti peale surutakse kaks terasest hammasratast. Ka hammasrattad muutuvad magneti olemasolu tõttu magnetiliseks. Üks hammasratas on magnetiseeritud põhjapoolusena ja teine lõunapoolusena. Iga rootori hammas muutub magnetpooluseks. Seetõttu räägime "põhjapooluse rootorist" ja "lõunapooluse rootorist". Seoses käikude vahetamisega hakkavad tiirlemisel põhja- ja lõunapoolus vaheldumisi. Igal hammasrattal on 50 hammast.
Hetkel, kui samm-mootori draiver juhib voolu läbi staatorimähise, muutub mähis magnetiliseks. Poolide põhjapoolused tõmbavad rootori lõunapoolused ligi, põhjustades rootori pöörlemise.
Kolm allolevat pilti näitavad hübriidsammmootori kahe faasi (punane ja oranž) juhtimist.
A. Sammmootori rootor on pöördunud oma praegusesse asendisse (vt joonist), kuna näidatud poolid on muudetud magnetilisteks.
- Roheline hammasratas on lõunapoolus, mis tõmmatakse staatori põhjapoolustele;
- Rootori ja staatori vahelised hambad on kohakuti, kuhu rootor on tõmmatud, joondatud. Selguse huvides on need punktid märgitud musta märgiga kõigis kolmes olukorras;
- Punane käik on rohelise käigu taga. Kuna hammasrattad on üksteise suhtes pööratud, on punased hambad nähtavad. Rootori põhjapoolused tõmbavad staatori lõunapooluste poole.
B. Juhtseade on muutnud faase. Magnetväli oranžide poolide ja rootori vahel on kadunud. Nüüd juhitakse "punase" faasi mähiseid, mille tulemusena tekib punaste mähiste ja rootori vahele magnetväli.
- Magnetvälja ümberlülitamise tulemusena oranžilt punastele mähistele pöörleb rootor 1,8° päripäeva;
- Rootori päripäeva asemel vastupäeva pööramiseks tuli punaste ühenduste kaudu polaarsus (voolu suund) ümber pöörata. Lõppude lõpuks määrab mähise läbiva voolu suund magnetvälja suuna ja seega ka põhja- ja lõunapooluse "asendi".
C. Juhtseade on uuesti faasi muutnud ja rootor on taas 1,8° päripäeva pööranud.
- Pinge all on samad mähised, mis olukorras A, kuid oranžide juhtmete polaarsus on vastupidine;
- Rootorit saab keerata uuesti vastupäeva, juhtides mähiseid, nagu on näidatud olukorras B;
- Rootori päripäeva pöörlema panemiseks on pingestatud ka punased mähised, kuid polaarsus on vastupidine võrreldes olukorraga B.
Ülaltoodud näidetes on näha, et põhjapooluse rootor tõmbab lõunapooluse pooli ja samal ajal on lõunapooluse rootor põhjapooluse pooli. See tagab, et hübriidsammmootor teeb väga täpseid liigutusi ja on ka suure pöördemomendiga.
Hübriidset samm-mootorit saab varustada rohkemate pooluste paaride ja rootori hammastega, mis võimaldab sammu kuni 0,728° ja 500 sammu pöörde kohta.
