Compreendendo os princípios básicos do motor de passo
Introdução
Um motor de passo é um dispositivo eletromagnético que converte sinais de pulso elétrico em deslocamento angular ou linear.. Este tipo de motor é muito comum na área de controle automatizado devido ao seu controle preciso e à vantagem de não necessitar de sistema de feedback. Este artigo apresentará os conceitos básicos, princípios de funcionamento, tipos, e aplicações de motores de passo para iniciantes.
O que é um motor de passo?
Um motor de passo é um tipo de motor de controle digital que controla a rotação do motor por meio de sinais digitais.. Cada pulso elétrico faz com que o motor gire em um ângulo fixo, conhecido como ângulo de passo. Esta característica de motores de passo os torna muito úteis em situações que exigem controle posicional preciso.
Princípio de funcionamento dos motores de passo
Como todos os motores, motores de passo também incluem uma parte fixa (estator) e uma parte móvel (rotor). O estator tem uma saliência semelhante a uma engrenagem com bobinas enroladas, enquanto o rotor é um ímã permanente ou um núcleo de relutância variável. Veremos as diferentes estruturas do rotor com mais profundidade posteriormente. Figura 1 mostra uma seção transversal do motor com um rotor central de relutância variável.
O princípio básico de funcionamento do motor de passo é: a fase de um ou mais estatores é energizada, a corrente que passa pela bobina gerará um campo magnético, e o rotor estará alinhado com o campo magnético; Aplicando tensão a diferentes fases, por sua vez, o rotor girará em um ângulo específico e eventualmente alcançará a posição desejada.
Figura 2 mostra como isso funciona. Primeiro, a bobina A é energizada e gera um campo magnético, com o qual o rotor está alinhado; Depois que a bobina B é energizada, o rotor é girado 60° no sentido horário para se alinhar com o novo campo magnético; A mesma coisa acontece quando a bobina C está ligada. A cor dos dentes do estator na figura abaixo indica a direção do campo magnético gerado pelos enrolamentos do estator.
Tipo e construção do motor de passo
O desempenho do motor de passo (se é resolução/etapa, velocidade ou torque) é afetado pelos detalhes da construção, e ao mesmo tempo, esses detalhes também podem afetar a forma como o motor é controlado. Na verdade, nem todos os motores de passo têm a mesma estrutura interna (ou construção), porque diferentes motores têm diferentes configurações de rotor e estator.
Rotor
Os motores de passo possuem basicamente três tipos de rotores:
- Rotor de ímã permanente: O rotor é um ímã permanente, alinhado com o campo magnético gerado pelo circuito do estator. Este rotor garante bom torque e possui torque de frenagem. Isto significa que independentemente de a bobina estar energizada ou não, o motor pode resistir (mesmo que não com muita força) mudanças de posição. No entanto, em comparação com outros tipos de rotor, sua desvantagem é que a velocidade e a resolução são mais baixas. Figura 3 mostra uma seção transversal de um motor de passo de ímã permanente.
- Rotor de relutância variável: O rotor é feito de um núcleo de ferro e possui um formato especial que pode ser alinhado com o campo magnético (veja Figuras 1 e 2). Este rotor é mais fácil de atingir altas velocidades e alta resolução, mas o torque que produz é geralmente menor e não há torque de frenagem.
- Rotor híbrido: Este rotor possui uma estrutura especial, é um híbrido de ímã permanente e rotor de relutância variável. Existem duas tampas magnéticas magnetizadas axialmente no rotor, e há pequenos dentes alternados nas tampas magnéticas. Esta configuração dá ao motor as vantagens do rotor de ímã permanente e de relutância variável, especialmente com alta resolução, alta velocidade e alto torque. Claro, requisitos de desempenho mais elevados significam estruturas mais complexas e custos mais elevados. Figura 3 mostra um diagrama esquemático simplificado desta estrutura motora. Quando a bobina A está energizada, um pequeno dente da tampa magnética do rotor N está alinhado com o dente do estator do S magnetizado. Ao mesmo tempo, devido à estrutura do rotor, a tampa magnética do rotor S está alinhada com os dentes de magnetização do estator N. Embora o princípio de funcionamento do motor de passo seja o mesmo, a estrutura do motor real é mais complexa, e o número de dentes é maior do que o mostrado na figura. Um grande número de dentes permite que o motor obtenha um ângulo de passo muito pequeno, tão pequeno quanto 0,9°.
Estator
O estator é a parte do motor responsável por gerar o campo magnético com o qual o rotor está alinhado. As principais características do circuito do estator estão relacionadas ao seu número de fase, número do pólo e configuração do fio. O número de fases é o número de bobinas independentes, e o número de pólos representa o par principal de dentes ocupados por cada fase. Motores de passo bifásicos são mais comumente usados, enquanto motores trifásicos e cincofásicos são menos comumente usados (veja Figuras 5 e 6).
Características dos motores de passo
- Controle Preciso: Os motores de passo podem controlar com precisão ângulos e velocidades.
- Não há necessidade de feedback: Devido ao seu princípio de funcionamento, motores de passo geralmente não requerem um sistema de feedback de posição.
- Fácil de controlar: Os motores de passo podem ser controlados através de sinais de pulso simples.
- Alto torque em baixas velocidades: Em baixas velocidades, motores de passo podem fornecer um grande torque.
Aplicações de motores de passo
motores de passo são amplamente utilizados em vários campos, incluindo, mas não limitado a:
- Maquinário Automatizado: Para controle preciso da posição dos braços mecânicos.
- Impressoras e Scanners: Para controlar o movimento das cabeças de impressão e das cabeças de digitalização.
- Robótica: Para controlar o movimento das articulações do robô.
- Equipamento Médico: Em alguns dispositivos médicos de precisão para controlar o movimento preciso dos componentes.
Como escolher um motor de passo?
Quando Selecionando um motor de passo, considere os seguintes fatores:
- Requisitos de torque: Escolha o torque apropriado com base nos requisitos de carga e velocidade da aplicação.
- Ângulo do passo: Quanto menor o ângulo do passo, quanto maior a resolução do motor, e quanto melhor o controle.
- Velocidade: Escolha uma faixa de velocidade adequada com base nas necessidades da aplicação.
- Tamanho e forma: Escolha o tamanho apropriado do motor com base no espaço de instalação e nos requisitos de design.
Conclusão
motores de passo são versáteis e adequados para aplicações que exigem controle preciso. Através desta introdução, os iniciantes devem ter um conhecimento básico de motores de passo e ser capazes de começar a explorar seu potencial em diversas aplicações. Com o avanço contínuo da tecnologia, a gama de aplicações de motores de passo também está em constante expansão, fornecendo forte suporte para automação moderna e controle de precisão.
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