استپر موتور چیست؟ علائم خرابی استپر و نحوه نگهداری
استپر موتور (Stepper Motor) یکی از اجزای حیاتی در سیستم کنترل خودروهای مدرن است که وظیفه تنظیم دقیق جریان هوا به موتور را برعهده دارد. این موتور الکتریکی کوچک با دریافت پالس‌های دیجیتال، شافت خود را در زاویه‌ای مشخص حرکت می‌دهد و این حرکات گسسته باعث کنترل دقیق دریچه گاز، جریان هوا و در نهایت عملکرد بهینه موتور می‌شوند. علائم خرابی استپر موتور می‌تواند شامل نوسانات دور موتور، خاموش‌شدن ناگهانی موتور و کاهش راندمان سوخت باشد. آگاهی از این علائم و انجام نگهداری‌های دوره‌ای می‌تواند از خرابی‌های ناگهانی جلوگیری کند و عمر مفید این قطعه را افزایش دهد. اکنون در این مقاله خواهید دید که استپر موتور چیست؟ همچنین علاوه‌بر معرفی عملکرد و نقش این قطعه در خودرو به بررسی علائم خرابی استپر و نحوه نگهداری از آن برای جلوگیری از مشکلات احتمالی می‌پردازیم. با ما همراه باشید.
استپر موتور چیست؟
استپر موتور، یک موتور الکتریکی سنکرون بدون جاروبک است که پالس‌های دیجیتال را به چرخش مکانیکی شافت تبدیل می‌کند. نحوه حرکت شافت استپر شامل حرکات زاویه‌ای گسسته با اندازۀ تقریباً یکنواخت است و زمانی که این موتور از یک منبع تغذیه DC تغذیه می‌شود، این حرکات زاویه‌ای اتفاق می‌افتند.
استپر موتور یک دستگاه ورودی-خروجی دیجیتال است و به‌طور خاص برای کاربردهایی که سیگنال‌های کنترلی به‌صورت پالس‌های دیجیتال (و نه ولتاژهای آنالوگ) ارسال می‌شوند بسیار مناسب است. ارسال هر پالس دیجیتال به درایور (که در واقع مترجم استپر موتور است) باعث می‌شود که شافت موتور به‌اندازه یک زاویه دقیق بچرخد. با افزایش فرکانس پالس‌های دیجیتال، این حرکت گام‌به‌گام به چرخش پیوسته تبدیل می‌شود.
برخی از کاربردهای صنعتی و علمی استپر موتورها شامل صنعت رباتیک، ابزارآلات ماشین‌کاری (مثل cnc)، دستگاه‌های جابه‌جایی و پوزیشنینگ، ماشین‌های برش و جوشکاری خودکار و حتی دستگاه‌های کنترل مایعات دقیق هستند.
یک استپر موتور چگونه کار می‌کند؟
هر چرخش استپر موتور به تعداد معینی از گام‌ها تقسیم می‌شود که در بسیاری از موارد این عدد ۲۰۰ گام است و موتور باید برای هر گام یک پالس جداگانه دریافت کند. استپر موتور تنها می‌تواند یک گام در هر بار دریافت پالس بردارد و هر گام با گام‌های بعدی اندازۀ یکسانی دارد.ازآنجاکه هر پالس باعث می‌شود موتور به‌اندازه یک زاویه دقیق بچرخد (که معمولاً ۱.۸ درجه است)، موقعیت این نوع موتور می‌تواند بدون هیچ نوع مکانیزم بازخوردی (بدون فیدبک) کنترل شود. با افزایش فرکانس پالس‌های دیجیتال، این حرکت گام‌به‌گام چنان سریع می‌شود که ما آن را به شکل چرخش پیوسته شافت موتور می‌بینیم و سرعت چرخش مستقیماً با فرکانس پالس‌ها متناسب است.
ویژگی‌های استپر موتور
استپر موتورها به‌دلیل هزینه پایین، قابلیت اطمینان بالا، گشتاور بالا در سرعت‌های پایین و ساختار ساده و مقاوم که تقریباً در هر محیطی کار می‌کنند در هر دو کاربرد صنعتی و تجاری به‌طور روزانه استفاده می‌شوند.
برخی ویژگی‌ها و مزایای استپر موتور عبارت‌اند از:
- زاویه چرخش موتور متناسب با پالس ورودی است.
- موتور در حالت ایستا (اگر سیم پیچ‌های آن انرژی‌دار باشند) گشتاور کامل دارد.
- موقعیت‌یابی دقیق و تکرارپذیری حرکت با استپرموتورها قابل‌دستیابی است؛ زیرا استپر موتورهای باکیفیت دارای دقت ۳ تا ۵ درصد در یک گام هستند و این خطا از یک گام به گام بعدی انتقال نمی‌یابد.
- پاسخ استپر موتور به شروع حرکت، توقف و معکوس‌کردن حرکت بسیار سریع و عالی است.
- بسیار قابل‌اعتماد هستند؛ زیرا استپر موتور فاقد جاروبک‌های تماسی است؛ بنابراین عمر آن‌ها به عمر بلبرینگ‌ها بستگی دارد.
کاربرد استپر موتور در اتومبیل
وقتی صحبت از استپر موتور خودرو می‌شود، ناخودآگاه ذهن ما به‌سمت قطعه کوچکی که در نزدیکی دریچه گاز خودرو قرار گرفته است و دور موتور را کنترل می‌کند، منعطف می‌شود؛ اما شاید برایتان جالب باشد اگر بدانید که خودروهای مدرن در بسیاری موارد از استپر موتورها استفاده می‌کنند. برخی از دیگر کاربردهای رایج استپر موتورها در خودروهای امروزی عبارت‌اند از:
- تنظیم صندلی ماشین؛
- تنظیم چراغ هدلایت؛
- کنترل برف پاک‌کن؛
- کنترل تزریق سوخت؛
- کنترل ولو گیربکس‌های اتوماتیک.
بااین‌حال امروز قرار است درباره استپر موتور «کنترل سرعت دور موتور» صحبت کنیم. این استپر موتور مسئول «تنظیم سرعت دور آرام موتور» است. این قطعه در خودروهایی با موتورهای بنزینی و سیستم سوخت‌رسانی انژکتوری وجود دارد. استپر موتور جریان هوا به موتور را براساس چند پارامتر که به‌طور مداوم شناسایی می‌شوند، کنترل می‌کند و وظیفۀ آن جلوگیری از کاهش دور موتور به زیر حداقل است.
عملکرد استپر موتور توسط ECM که مخفف «ماژول کنترل الکترونیکی» است، تنظیم می‌شود. ECM با ارسال پالس‌هایی که به اصطلاح «استپ» نامیده می‌شوند، زاویه بازشدن دریچه گاز را تغییر می‌دهد. ECM اطلاعاتی که به موتور ارسال می‌شود را از طریق سنسور دمای مایع خنک‌کننده، سنسور موقعیت میل‌لنگ و مقدار فشار مطلق منیفولد (MAP) در منیفولد مکش دریافت می‌کند. ECM همچنین بر روی اطلاعات مربوط به دمای موتور، دور موتور و فشار متمرکز است.
هر یک از اجزای دخیل در عملکرد موتور به آلودگی حساس هستند و استپر موتور نیز ممکن است به‌دلیل تجمع رسوبات آلوده شود. راه‌حل این مشکل اغلب به ساده‌ترین شکل ممکن یعنی خارج‌کردن و تمیزکردن استپر موتور، تمیزکردن دریچه گاز و سپس نصب مجدد آن‌ها خلاصه می‌شود؛ اما در خودروهای جدیدتر، تمیزکردن و روان‌کاری مکرر استپر موتور دیگر نتیجه مطلوبی را به‌همراه ندارد. چون ممکن است پس‌از انجام این مراحل، موتور شروع به کار کند؛ اما دامنه عملکرد آن بسیار محدود باشد؛ بنابراین بهتر است از یک استپر موتور جدید استفاده کنید.
خرابی استپر موتور نیز می‌تواند ناشی از مشکلات اجزای الکتریکی آن (مثلاً یک سوکت سوخته یا یکی از درایورها) باشد. تعویض این قطعات در شرایط کنونی، صرفه‌جویی چندانی به‌همراه ندارد و هیچ تضمینی برای موفقیت‌آمیزبودن این راه‌حل وجود ندارد به‌همین‌دلیل بیشتر مکانیک‌ها این راه‌حل را رد می‌کنند؛ بنابراین، مؤثرترین راه حل، تعویض استپر موتور با یک موتور جدید است؛ زیرا قیمت استپر موتور در بازار قطعات یدکی چندان بالا نیست.
علائم خرابی استپر موتور
علائم اصلی خرابی این قطعه به‌شرح زیر است:
- نوسانات دور موتور در حالت آرام (Idle): یکی از شایع‌ترین نشانه‌های خرابی استپر موتور، نوسانات در دور آرام موتور است. وقتی استپر موتور نتواند به‌درستی میزان هوا را تنظیم کند، دور موتور به‌طور ناگهانی بالا و پایین می‌رود.
- خاموش‌شدن ناگهانی موتور: اگر استپر موتور خراب باشد، ممکن است در حالت دور آرام (به خصوص در حالت توقف) موتور ناگهان خاموش شود.
- کندی واکنش دریچه گاز: اگر استپر موتور به‌درستی کار نکند، ممکن است در هنگام شتاب‌گرفتن یا کاهش سرعت، خودرو با تأخیر واکنش نشان دهد.
- دور موتور بالا در حالت توقف: در بعضی مواقع، خرابی استپر موتور باعث می‌شود دور موتور به‌طور غیرطبیعی بالا بماند حتی زمانی که خودرو در حالت توقف است.
- مشکلات روشن شدن موتور: خرابی استپر موتور ممکن است باعث دشواری در روشن‌کردن خودرو به‌خصوص در هوای سرد شود.
- نمایش چراغ چک موتور (Check Engine): خرابی استپر موتور می‌تواند باعث فعال‌شدن چراغ چک موتور بر روی داشبورد خودرو شود.
نحوه نگهداری از استپر موتور
نحوۀ نگهداری درست از این قطعه به‌شرح زیر است:
- تمیزکردن منظم: با گذشت زمان، استپر موتور ممکن است به‌دلیل تجمع کربن و رسوبات کثیف شود. توصیه می‌شود استپر موتور و دریچه گاز را به‌طور دوره‌ای با اسپری مخصوص تمیز کنید تا از عملکرد بهینه آن‌ها اطمینان حاصل شود.
- استفاده از سوخت با کیفیت: استفاده از سوخت با کیفیت و افزودنی‌های مناسب می‌تواند به کاهش تجمع رسوبات کربنی در موتور و اجزای آن از جمله استپر موتور کمک کند.
- چک‌کردن و تعویض در زمان مناسب: اگر علائم خرابی مشاهده شود و تمیزکردن مشکل را حل نکند، بهتر است استپر موتور را تعویض کنید.
- پیشگیری از نفوذ آب و رطوبت: رطوبت می‌تواند به سیم‌پیچ‌های استپر موتور آسیب برساند و باعث خرابی آن شود؛ بنابراین در صورت وجود نشتی در سیستم خنک‌کننده یا هرگونه مشکل دیگر که ممکن است باعث نفوذ آب به استپر موتور شود، باید به‌سرعت رفع گردد.
سخن پایانی
دراین مقاله بررسی کردیم که که استپر موتور چیست؟، درواقع یکی از انواع سیستم‌های کنترل دور موتور در بسیاری از خودروها از جمله خودروهای ایرانی، stepper motor کوچکی است که با دریافت اطلاعات مختلف از کامپیوتر خودرو، میزان باز و بسته‌شدن دریچه گاز را در دور موتور پایین کنترل می‌کند. این قطعه بسیار حساس است و خراب‌شدن آن می‌تواند تجربه رانندگی در شهر را برای شما طاقت فرسال کند. بااین‌حال، نگهداری منظم می‌تواند عمر استپر موتور را افزایش دهد و از بروز مشکلات جدی در عملکرد خودرو جلوگیری کند.
