Controle de motor de passo

Os motores elétricos convertem energia elétrica em energia mecânica e, quanto aos motores de passo, convertem a energia dos impulsos elétricos em movimentos rotativos do rotor. O movimento gerado pela ação de cada pulso é iniciado e repetido com alta precisão, tornando os motores de esferas acionamentos eficientes para dispositivos que requerem posicionamento preciso.

Os motores de passo de ímã permanente incluem: um rotor de ímã permanente, enrolamentos do estator e um núcleo magnético. As bobinas de energia criam pólos norte e sul magnéticos, conforme mostrado. O campo magnético em movimento do estator força o rotor a se alinhar com ele o tempo todo. Este campo magnético rotativo pode ser ajustado controlando a excitação em série das bobinas do estator para girar o rotor.

A figura mostra um diagrama de um método de excitação típico para um motor bifásico. Na fase A, as duas bobinas do estator são energizadas e isso faz com que o rotor se atraia e trave à medida que os pólos magnéticos opostos se atraem.Quando os enrolamentos da fase A são desligados, os enrolamentos da fase B são ligados, o rotor gira no sentido horário (inglês CW - sentido horário, CCW - anti-horário) 90 °.

Então a fase B desliga e a fase A liga, mas os pólos agora são opostos ao que eram no início. Isso leva à próxima curva de 90 °. A fase A é então desligada, a fase B é ligada com polaridade invertida. Repetir essas etapas fará com que o rotor gire no sentido horário em incrementos de 90°.

O controle passo a passo mostrado na figura é chamado de controle monofásico. Uma forma mais aceitável de controle por passo é o controle ativo bifásico, onde ambas as fases do motor estão sempre ligadas, mas a polaridade em uma delas muda, conforme mostrado na figura.

Esse controle faz com que o rotor do motor de passo se mova de forma que se alinhe a cada degrau no centro dos polos norte e sul formados, entre as saliências do circuito magnético. Como ambas as fases estão sempre ligadas, esse método de controle fornece 41,4% a mais de torque do que o controle com uma fase ativa, mas requer o dobro da energia elétrica.

Meio passo

Um motor de passo também pode ser "semi-etapado", então um estágio de disparo é adicionado durante a transição de fase. Isso reduz o ângulo de inclinação pela metade. Por exemplo, em vez de 90°, um motor de passo pode fazer rotações de 45° em cada «meio passo», como mostra a figura.

Mas o modo de meio passo introduz uma perda de torque de 15-30%, em comparação com o controle de passo com duas fases ativas, porque um dos enrolamentos fica inativo durante a metade do passo e isso acaba levando a uma perda de força eletromagnética, atuando sobre o rotor, ou seja, perda líquida de torque.

Bobina bipolar

O controle de passo de duas fases assume a presença de um enrolamento de estator de dois polos. Cada fase tem sua própria bobina, e quando a corrente é invertida através das bobinas, as polaridades eletromagnéticas também mudam. A fase inicial é típica driver bifásico mostrado na figura. O esquema de controle é mostrado na tabela. Pode-se ver como simplesmente mudando a direção da corrente através das bobinas é possível mudar a polaridade magnética nas fases.

Bobina unipolar

Outro tipo típico de bobina é a bobina unipolar.Aqui as bobinas são divididas em duas partes e quando uma parte da bobina é energizada, um pólo norte é criado, quando a outra parte é energizada, um pólo sul é criado. Essa solução é chamada de bobina unipolar porque a polaridade elétrica responsável pela corrente nunca muda. Os estágios de controle são mostrados na figura.

Este design permite que um bloco eletrônico mais simples seja usado. No entanto, quase 30% do torque é perdido aqui em comparação com uma bobina bipolar porque as bobinas têm metade do fio de uma bobina bipolar.

Outros ângulos de inclinação

Para obter ângulos de passo menores, é necessário ter um número maior de polos tanto no rotor quanto no estator. O rotor de 7,5° tem 12 pares de pólos e o núcleo magnético do estator tem 12 saliências. Duas orelhas de bobina e duas bobinas.

Isso dá 48 pólos para cada passo de 7,5°. Na figura você pode ver os terminais de 4 polos em seção. É claro que é possível combinar as etapas para obter grandes deslocamentos, por exemplo, seis etapas de 7,5° resultarão em uma rotação do rotor de 45°.

Precisão

A precisão dos motores de passo é de 6-7% por passo (sem acumulação). Um motor de passo com passos de 7,5° sempre estará dentro de 0,5° da posição prevista teoricamente, não importa quantos passos já tenham sido dados. O erro não se acumulará porque mecanicamente cada 360 ° é repetido passo a passo. Sem carga, a posição física dos polos do estator e do rotor em relação um ao outro será sempre a mesma.

Ressonância

Os motores de passo têm sua própria frequência de ressonância porque são sistemas semelhantes ao peso da mola. Quando o ritmo é igual à frequência de ressonância natural do motor, o ruído gerado pelo motor pode ser ouvido e a vibração é amplificada.

O ponto de ressonância depende da aplicação do motor, sua carga, mas geralmente a frequência de ressonância varia de 70 a 120 passos por segundo. No pior caso, o motor perderá precisão de controle se entrar em ressonância.

Uma maneira fácil de evitar problemas de ressonância do sistema é mudar o ritmo para longe do ponto de ressonância. No modo de meio ou micropasso, o problema de ressonância é reduzido porque o ponto de ressonância é abandonado à medida que a velocidade aumenta.

Torque

O torque de um motor de passo é uma função de: velocidade de passo, corrente do enrolamento do estator, tipo de motor. A potência de um determinado motor de passo também está relacionada a esses três fatores.O torque de um motor de passo é a soma do torque de atrito e do torque inercial.

O torque de fricção em gramas por centímetro é a força necessária para mover uma carga pesando um certo número de gramas com um braço de alavanca de 1 cm de comprimento. É importante observar que, à medida que a velocidade de passo do motor aumenta, o EMF traseiro no motor , ou seja, a tensão gerada pelo motor aumenta. Isso limita a corrente nos enrolamentos do estator e reduz o torque.