Mootorid

Alalisvoolumootor koos reduktoriga (kollane)

Topelt H-sild

Püsimagnetiga alalisvoolumootorid on laialt levinud erinevates rakendustes, kus olulised on väikesed mõõtmed, suur võimsus ja madal hind. Nende suhteliselt suure pöörlemiskiiruse tõttu kasutatakse neid tihti koos ülekandega (reduktoriga) madalama kiiruse ja suurema pöördemomendi saavutamiseks.

Püsimagnetiga alalisvoolumootorid on lihtsa ehitusega ja elementaarse juhtimisega mootorid. Kuigi juhtimine on lihtne, ei ole nende pöörlemiskiirus üldjuhul täpselt juhtsignaaliga määratletav, sest see sõltub mitmetest teguritest, eelkõige võllile rakendatavast koormusest ja toitepingest. Ideaalse alalisvoolumootori jõumomendi ja kiiruse suhe on lineaarne, mis tähendab seda, et mida suurem koormus on võllil, seda madalam on kiirus ja seda suurem on mähist läbiv vool.

Harjadega alalisvoolumootorid töötavad alalispingel ning ei vaja eraldi juhtelektroonikat, kuna kogu vajalik kommutatsioon toimub mootori sees. Mootori töötamise ajal libisevad kaks staatilist harja rootori pöörleval kommutaatoril ning hoiavad mähiseid pinge all. Mootori pöörlemissuuna määrab toitepinge polaarsus. Kui mootorit on vaja juhtida ainult ühes suunas, võib toitevoolu anda relee või muu lihtsa lülitusega, kui mõlemat pidi, siis kasutatakse H-silla-nimelist elektriskeemi.

H-sillas tüürivad mootori pöörlemiseks vajalikku voolu neli transistori (või nende gruppi). H-silla nimi tuleneb elektriskeemi kujust, mis meenutab H-tähte. H-silla eripära seisneb mootorile mõlemat pidi polaarsuse rakendamise võimaluses. Mootori pöörlemissuund sõltub sellest, kummas diagonaalis transistorid suletakse. H-sillaga saab peale pöörlemissuuna muuta ka mootori pöörlemiskiirust. Mootoreid on väga erinevate võimsustega ja seetõttu on ka H-sildasid erinevate voolude ja pingete jaoks. Väiksemate voolude juhtimiseks leiab H-sildu integreeritud komponendina ehk ajurina, suuremate voolude jaoks kasutatakse spetsiaalseid võimsustransistore (Power MOSFET). H-silda koos sinna kuuluva elektroonikaga nimetatakse ka mootorikontrolleriks või mootorite juhtmooduliks.

Järgnevates näidetes kasutatakse mootorite juhtmoodulit L9110, mille külge saab ühendada kaks alalisvoolumootorit. Mootorite juhtimine moodulis toimub kahe eraldiseisva H-silla vahendusel. Mootorite toide võiks üldiselt olla eraldi mikrokontrolleri loogika toitest, et minimiseerida pinge kõikumist mikrokontrolleri töö ajal. Antud juhul komponentide hulga vähendamise eesmärgil kasutame otse plaadi toidet +5 V. Kui Arduino teeb mootorite käima minekul restarti, siis tuleks mootoritele eraldi toiteallikas (3-12 V) ühendada. Välise toiteallika valikul tuleb lähtuda ka mootorite nimipingest.

RC servomootor

Servomootori PWM signaali laiuse ja võllil oleva hoova asendi vaheline seos

RC (inglise keeles radio-controlled, lühend RC) servomootor on mudelismis ja robootikas laialt levinud täiturmehhanism, mis koosneb väikesest alalisvoolumootorist, hammasreduktorist ja juhtloogikast. Servomootori rootor liigub üldjuhul mingisse kindlasse asendisse ja üritab siis seda asendit püsivalt hoida. Rootori asend sõltub servomootorile etteantavast juhtsignaalist. Sõltuvalt mootori tüübist võib maksimaalne pöördenurk olla erinev. Harvem esineb pideva pöörlemisega servomootoreid. Sellisel juhul määrab juhtsignaal mitte rootori asendi, vaid pöörlemiskiiruse.

Servomootori juhtsignaaliks on spetsiifiline pulsilaiusmodulatsiooni (PWM) signaal, kus pulsi laius määrab ära rootori asendi. Signaali perioodiks on 20 ms (sagedus 50 Hz) ja kõrge poolperioodi laiuseks 1-2 ms. 1 ms tähistab rootori üht äärmist asendit ja 2 ms teist äärmist asendit. 1,5 ms tähistab rootori keskasendit.

Servomootorid eraldi välist juhtelektroonikat ei vaja, kuna nendele on see juba sisse ehitatud. Juhtimiseks tuleb ühendada toide ja saata mikrokontrollerist PWM signaal, mis määrab servo hoova positsiooni. Üldjuhul saab ühe väiksema servomootori toite võtta ka mikrokontrollerplaadi 5 V toitest. Kui mootoreid on vaja juba suuremas koguses, siis on vaja mootoritega eraldi 5 V toiteallikas ühendada.

Servomootoreid toodetakse ka püsivalt pöörleva versioonina. sellisel juhul määrab pulsi laius mitte hoova positsiooni vaid suuna ja kiiruse. 1,5 ms signaali puhul mootor seisab, 1 ms puhul pöörleb täiskiirusel ühele poole ja 2 ms puhul täiskiirusel teisele poole. Vahepealsed pulsilaiused on aeglasemad kiirused vastavas suunas.