Neste post vamos aprender sobre o motor de passo. Estaremos explorando o que é o motor de passo, seu mecanismo de funcionamento fundamental, tipos de motor de passo, modos de passo e, finalmente, suas vantagens e desvantagens.
O que é motor de passo?
Motor de passo é motor sem escova; seu eixo rotativo (rotor) completa uma rotação com um determinado número de etapas. Devido à natureza escalonada da rotação, ganha o nome de motor de passo.
O motor de passo fornece controle preciso sobre o ângulo de rotação e a velocidade. É um projeto de malha aberta, o que significa que nenhum mecanismo de feedback é implementado para rastrear a rotação.
Ele pode variar sua velocidade, mudar a direção de rotação e travar em uma posição instantaneamente. O número de passos é determinado pelo número de dentes presentes no rotor. Por exemplo: se um motor de passo consiste em 200 dentes, então,
360(graus)/200(nº de dentes) = 1,8 graus
Assim, cada passo será de 1,8 graus. Os motores de passo são controlados por microcontroladores e circuito de acionamento. É amplamente utilizado em impressoras a laser, impressoras 3D, unidades ópticas, robótica etc.
Mecanismo de trabalho fundamental:
Um motor de passo pode consistir em vários números de pólos enrolados com fio de cobre isolado chamado estator ou parte imóvel do motor. A parte móvel do motor é chamada de rotor, que consiste em vários números de dentes.
Quando um pólo é energizado, os dentes mais próximos ficam alinhados com esse pólo energizado e outro dente no rotor se desloca ligeiramente ou desalinhado com outros pólos não energizados.
O próximo polo será energizado e o polo anterior será desenergizado, agora os polos desalinhados serão alinhados com o polo atualmente energizado, isto faz um único passo.
O próximo polo é energizado e o polo anterior é desenergizado, isso dá outro passo e este ciclo continua várias vezes para fazer uma rotação completa.
Aqui está outro exemplo muito simples de como o motor de passo funciona:
Geralmente os dentes do rotor são ímãs dispostos alternadamente nos pólos norte e sul. Pólos iguais se repelem e pólos diferentes se atraem, agora o enrolamento de pólo ‘A’ é energizado e assume pólo energizado como Pólo Norte e rotor como Pólo Sul, isso atrai pólo sul do rotor em direção ao estator pólo ‘A’ como mostrado na imagem.
Agora o polo A está desenergizado e o polo ‘B’ está energizado, agora o polo sul do rotor se alinhará com o polo ‘B’. Pólo semelhante ‘C’ e pólo ‘D’ irão energizar e desenergizar da mesma forma para completar uma rotação.
Até agora você entenderia como um mecanismo de funcionamento do motor de passo.
Tipos de motor de passo:
Existem três tipos de motores de passo:
• Passo de ímã permanente
• Stepper relutante variável
• Passo síncrono híbrido
Passo de ímã permanente:
Os motores de passo de imã permanente utilizam dentes de imã permanente no rotor que são dispostos em pólos alternados (Norte-Sul-Norte-Sul……), proporcionando maior torque.
Stepper relutante variável:
O stepper relutante variável usa material de ferro macio como rotor com vários números de dentes e opera com base no princípio de que o mínimo relutante ocorre no intervalo mínimo, o que significa que os dentes mais próximos do rotor são atraídos para o pólo quando são energizados, como um metal é atraído em direção a um ímã.
Passo síncrono híbrido:
No motor de passo híbrido, ambos os métodos mencionados acima são combinados para obter o torque máximo. Este é o tipo mais comum de motor de passo e também o método caro.
Modos de passo:
Existem 3 tipos de modos de passo
• Modo de passo completo
• Modo de meio passo
• Modo de micro passos
Modo de passo completo:
No modo de passo completo pode ser entendido pelo seguinte exemplo: se um motor de passo tem 200 dentes então, um passo completo é de 1,8 grau (o que é dado no início do artigo) ele não girará menos ou mais que 1,8 grau.
A etapa completa é classificada em dois tipos:
• Modo monofásico
• Modo de duas fases
Em ambos os modos de fase, o rotor dá um passo completo, a diferença básica entre esses dois é que o modo único fornece menos torque e o modo bifásico fornece mais torque.
• Modo monofásico:
No modo monofásico, apenas uma fase (um grupo de enrolamento/pólo) é energizada em um determinado momento, é o método que consome menos energia, mas também fornece menos torque.
• Modo de duas fases:
No modo bifásico, duas fases (dois grupos de enrolamento/pólo) são energizadas em um determinado momento; produz mais torque (30% a 40%) do modo monofásico.
Modo de meio passo:
O modo de meio passo é feito para dobrar a resolução do motor. Em meio passo, como o nome sugere, leva metade de um passo completo, em vez de 1,8 grau completo, meio passo leva 0,9 grau.
A metade do passo é alcançada alterando o modo de fase única e o modo de fase dupla alternativamente. Reduz o estresse nas peças mecânicas e aumenta a suavidade na rotação. Meio passo reduz o torque em cerca de 15%. Mas o torque pode ser aumentado aumentando a corrente aplicada ao motor.
Micropasso:
Micro stepping é feito para a rotação mais suave. Uma etapa completa é dividida em até 256 etapas. Para micro stepping, é necessário um controlador microstep especial. Seu torque é deduzido em cerca de 30%.
Os drivers precisam inserir uma onda senoidal para a rotação do fluido. Os drivers fornecem duas entradas senoidais com saída de fase de 90 graus.
Dá o melhor controle sobre a rotação e reduz significativamente o estresse mecânico e reduz o ruído operacional.
As principais vantagens e desvantagens do motor de passo podem ser aprendidas com os seguintes pontos:
Vantagens:
• Melhor controle sobre a rotação angular.
• Alto torque em baixa velocidade.
• Mudança instantânea no sentido de rotação.
• Construção mecânica mínima.
Desvantagens:
• A energia é consumida mesmo sem rotação; isso feito para travar o rotor na posição fixa.
• Nenhum mecanismo de feedback existe para corrigir erros de rotação e rastrear a posição atual.
• Precisa de circuito de driver complicado.
• O torque é reduzido em velocidades mais altas.
• Não é fácil controlar o motor em alta velocidade.
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FONTE
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