Motores passo a passo
(23)Os motores de passo são motores de CC sem escovas que se movem em passos precisos. Têm múltiplas bobinas organizadas por fases. A alimentação das sucessivas fases, por sua vez, coloca o motor em marcha, passo a passo. Graças ao controlo por computador, é possível posicioná-las e controlar a velocidade. Em consequência, os motores de passo são os motores de eleição em muitas aplicações de controlo de movimento de precisão.
Características dos motores de passo
Os motores de passo movem-se em passos precisos e repetíveis, pelo que são perfeitos para aplicações como impressoras 3D, CNC, plataformas de câmara e plotters X, Y. A vantagem dos motores de passo é a fiabilidade que resulta da ausência de escovas. Portanto, a vida útil do motor depende da vida útil dos rolamentos.
Os aumentos precisos de movimento permitem um controlo perfeito da velocidade de rotação. Além disso, os motores de CC normais não têm muito par a baixas velocidades. Um motor de passo, pelo contrário, tem um par máximo a baixas velocidades, pelo que é uma boa opção para aplicações de baixa velocidade com alta precisão.
Devido ao facto de o funcionamento do motor depender de pulsos discretos, é possível controlá-lo num circuito aberto. Isso faz com que o motor de passo seja mais fácil e menos custoso de controlar.Esta capacidade de controlo com precisão em circuito aberto é a vantagem mais significativa do motor de passo. O funcionamento do circuito aberto significa que não é necessária retroalimentação. Graças a este controlo, os codificadores optoeletrónicos, por exemplo, deixam de ser necessários, o que reduz os custos. Para encontrar as posições, basta contar os pulsos de entrada.
No entanto, tenha em atenção que os motores de passo tendem a aquecer, porque consomem a maior parte da corrente quando não estão a funcionar. Por outras palavras, ao contrário dos motores de CC, o consumo de corrente de um motor de passo é independente da carga. Outra desvantagem é o par mais baixo a altas velocidades. Porém, podem ser otimizados para um melhor desempenho a altas velocidades, mas devem ser combinados com o controlador adequado para conseguir esse desempenho.
Ao contrário dos servomotores, a maioria dos motores de passo não tem retroalimentação de posição integrada.
Tipos de motores de passo
Há muitos tipos diferentes de motores de passo no mercado, e alguns deles requerem controladores altamente especializados. Os mais populares são os motores de passo impulsionados por controladores comuns. São eles: motores de passo híbridos ou de íman permanente, bifásicos bipolares ou monofásicos tetrapolares.
Características importantes ao escolher um motor de passo
Os parâmetros do motor de passo são a tensão nominal dos enrolamentos, a tensão de alimentação, a corrente nominal que se pode utilizar para não sobrecarregar o motor, a resistência do enrolamento, o momento de inércia do rotor, o momento de paragem do motor quando é alimentado com a corrente nominal (o chamado par de retenção), as características de par do motor em função do número de pulsos por segundo (pps), a velocidade máxima (sem carga), a velocidade de arranque/paragem, as dimensões do corpo, geralmente ao longo do eixo de rotação, e a massa.
Uma das primeiras coisas a considerar antes da compra é o trabalho que o motor tem de realizar. Quanto maiores são os motores, mais potência conseguem oferecer. Os motores de passo estão disponíveis numa série de tamanhos. Os motores grandes são utilizados em impressoras 3D e fresadoras CNC mais pequenas. Em robótica são utilizados motores mais pequenos.
Outro parâmetro importante a considerar é o par do motor de passo, que depende da sua velocidade de rotação. Quando os dois polos do rotor e do estator são opostos, o motor tem o par mais alto. Durante a execução do passo, há momentos em que os polos se alinham entre si até que o rotor gire para o polo seguinte. Se a carga for demasiado pesada, é possível que o motor não salte entre um dente e o outro. Talvez até retroceda.
Número de passos num motor de passo
Outra coisa a considerar é a resolução de posicionamento necessária. Os passos por rotação vão de 4 a 400. Os números de passo normalmente disponíveis são 24, 48 e 200.A resolução é geralmente expressa em graus por passo. Um motor de 1.8° é um motor de 200 passos/rotação. O compromisso para a alta resolução é a velocidade e o par. Quanto maior for o número de passos necessários para fazer rodar os motores de passo, menor será o par.
Mecanismo de acionamento de motores de passo
A forma de obter uma alta resolução de posicionamento é através da caixa de velocidades. Uma caixa de velocidades de 32:1 aplicada à saída de um motor de 8’’/rotações terá como resultado um motor de 256’’. O trem de engrenagens também aumentará o par motor. Os motores de passo com engrenagens mais pequenas têm um par impressionante, mas claro que a velocidade fica comprometida.
Tipos de eixos em motores de passo
Outra coisa a considerar é o modo como se conectará o motor ao resto da linha de transmissão. Estão disponíveis motores com diferentes tipos de eixos:
- Eixo redondo ou “D”: Estão disponíveis numa variedade de diâmetros padrão e há muitas roldanas, engrenagens e acopladores de eixo concebidos para os adaptar. Os eixos “D” têm uma superfície plana para evitar deslizamentos. São preferíveis para pares elevados.
- Eixo com engrenagem: Alguns eixos têm dentes de engrenagem fresados. Regra geral, são pensados para funcionar com engrenagens modulares.
- Eixo de fuso de avanço: Os motores de eixo de fuso de avanço são utilizados na construção de atuadores lineares. As suas versões em miniatura podem ser encontradas como posicionadores de cabeças em muitas unidades de disco.
Cablagem dos motores de passo
Há muitas variações na cablagem dos motores de passo. Vale a pena considerar algumas quando usadas com controladores comummente disponíveis. São motores de passo híbridos ou de íman permanente, cablados como bipolares de 2 fases ou unipolares de 4 fases. Um motor de passo pode ter um qualquer número de bobinas, e todas as bobinas de uma fase são energizadas juntas.
Motores de passo unipolares e bipolares
Os controladores unipolares alimentam sempre as fases da mesma forma. Uma faixa será sempre negativa e a outra será sempre positiva. Os controladores unipolares podem ser implementados com circuitos de transístores simples. A desvantagem é que o par disponível é menor, dado que só metade das bobinas podem ser energizadas simultaneamente. Os controladores bipolares usam um circuito de ponte em H para inverter o fluxo de corrente através das fases. Ao energizar as fases com polaridade alternada, conseguem ligar todas as bobinas rodando o motor.
Componentes adicionais
Deve lembrar-se de que o motor de passo é um componente e não funciona por si só, pelo que o motor e o controlador devem ser tidos em conta ao construir o variador. Os parâmetros de ambos os elementos são igualmente importantes. A seleção do motor e do conjunto do controlador terá um impacto significativo nas características do sistema de transmissão. Os tipos básicos de controlos de motor de passo atualmente utilizados são: controlo de passo completo, controlo de meio passo, controlo de micropassos.
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