motores de passo

Um motor de passo é um dispositivo eletromecânico que converte sinais elétricos em movimentos angulares discretos de um eixo. O uso de motores de passo permite que os corpos de trabalho das máquinas executem movimentos estritamente dosados, fixando sua posição no final do movimento.

Motores de passo são atuadores que fornecem movimentos angulares fixos (passos). Qualquer alteração no ângulo do rotor é a resposta do motor de passo ao pulso de entrada.

Um acionamento elétrico discreto do motor de passo é naturalmente combinado com dispositivos de controle digital, o que permite que ele seja usado com sucesso em máquinas de corte de metal controladas digitalmente, em robôs e manipuladores industriais, em mecanismos de relógio.

Um acionamento elétrico discreto também pode ser implementado usando uma série motores elétricos assíncronos, que devido ao controle especial pode funcionar no modo passo a passo.

Os motores de passo são usados ​​em acionamentos elétricos com potência de uma fração de watt a vários quilowatts.Uma extensão da escala de potência de um acionamento elétrico discreto pode ser alcançada usando motores elétricos assíncronos em série, que, devido ao controle apropriado, podem operar no modo de passo.

O princípio de operação dos motores de passo de todos os tipos é o seguinte. Com a ajuda de um interruptor eletrônico, são gerados pulsos de tensão que alimentam as bobinas de controle localizadas no estator do motor de passo.

Dependendo da sequência de excitação das bobinas de controle, uma ou outra mudança discreta no campo magnético ocorre na folga de operação do motor. Com o deslocamento angular do eixo do campo magnético das bobinas de controle do motor de passo, seu rotor gira discretamente acompanhando o campo magnético. A lei de rotação do rotor é determinada pela sequência, ciclo de trabalho e frequência dos pulsos de controle, bem como pelos parâmetros de tipo e design do motor de passo.

O princípio de operação de um motor de passo (obtendo movimento discreto do rotor) será considerado usando o exemplo do circuito mais simples de um motor de passo bifásico (Fig. 1).

Arroz. 1. Diagrama simplificado de um motor de passo com rotor ativo

O motor de passo tem dois pares de pólos do estator claramente definidos nos quais os enrolamentos de excitação (controle) estão localizados: enrolamento 3 com terminais 1H — 1K e enrolamento 2 com terminais 2H — 2K. Cada enrolamento consiste em duas partes localizadas em pólos opostos do estator 1 SM.

O rotor no esquema considerado é um ímã permanente de dois pólos.As bobinas são alimentadas por pulsos de um dispositivo de controle que converte uma sequência de pulsos de controle de entrada de um canal em uma multicanal (de acordo com o número de fases do motor de passo).

Considere a operação de um motor de passo, assumindo que no momento inicial a tensão é aplicada à bobina 3. A corrente nesta bobina magnetizará os pólos N e 8 localizados verticalmente. Como resultado da interação do campo magnético com o permanente ímã do rotor, este ocupará uma posição de equilíbrio na qual os eixos dos campos magnéticos do estator e do rotor são iguais.

A posição será estável porque há um momento de sincronização atuando no rotor que tende a retornar o rotor à posição de equilíbrio: M = Mmax x senα,

onde M.max — o momento máximo, α — o ângulo entre os eixos dos campos magnéticos do estator e do rotor.

Quando a unidade de controle muda a tensão da bobina 3 para a bobina 2, um campo magnético com pólos horizontais é gerado, ou seja, o campo magnético do estator faz uma rotação discreta com um quarto da circunferência do estator. Nesse caso, aparecerá um ângulo de divergência entre os eixos do estator e do rotor α = 90 ° e o torque máximo Mmax atuará no rotor. O rotor girará em um ângulo α = 90 ° e assumirá uma nova posição estável. Assim, após o movimento de passo do campo do estator, o rotor do motor se move passo a passo.

O principal modo de operação do motor de passo é dinâmico. Os motores de passo, ao contrário dos motores síncronos, são projetados para entrar em sincronismo a partir da paralisação e da frenagem elétrica forçada.Graças a isso, o acionamento elétrico de passo fornece partida, parada, reversão e transição de uma frequência de pulsos de controle para outra.

O motor de passo é acionado por um aumento súbito ou gradual da frequência do sinal de entrada de zero ao de operação, a parada é pela diminuição do zero e o inverso é pela alteração da sequência de comutação dos enrolamentos do motor de passo.

Os motores de passo são caracterizados pelos seguintes parâmetros: o número de fases (bobinas de controle) e seu esquema de conexão, o tipo de motor de passo (com rotor ativo ou passivo), passo único do rotor (o ângulo de rotação do rotor com um único pulso ), tensão nominal de alimentação, momento estático máximo, torque nominal, momento de inércia do rotor, frequência de aceleração.

Os motores de passo são monofásicos, bifásicos e multifásicos com um rotor ativo ou passivo. O motor de passo é controlado por uma unidade de controle eletrônico. Um exemplo de um esquema de controle de motor de passo é mostrado na Figura 2.

Arroz. 2. Diagrama funcional de um acionamento elétrico de motor de passo em malha aberta

Um sinal de controle na forma de pulsos de tensão é fornecido à entrada do bloco 1, que converte a sequência de pulsos, por exemplo, em um sistema quadrifásico de pulsos unipolares (de acordo com o número de fases do motor de passo) .

O bloco 2 gera esses pulsos em relação à duração e amplitude necessárias para o funcionamento normal da chave 3, a cujas saídas estão conectados os enrolamentos do motor de passo 4. A chave e os outros blocos são alimentados por uma fonte de corrente contínua 5.

Com requisitos aumentados para a qualidade de um acionamento discreto, é utilizado um circuito fechado de acionamento elétrico de passo (Fig. 3), que, além do motor de passo, inclui um conversor P, um comutador K e um sensor de passo DSh. Em tal acionamento discreto, informações sobre a posição real do eixo do mecanismo de trabalho RM e a velocidade do motor de passo são alimentadas na entrada do regulador automático, que fornece a natureza definida do movimento do acionamento.

Arroz. 3. Diagrama funcional de uma unidade discreta de circuito fechado

Os sistemas modernos de acionamento discreto usam controles de microprocessador. A gama de aplicações para acionamentos de motores de passo está em constante expansão. Seu uso é promissor em máquinas de solda, dispositivos de sincronização, mecanismos de fita e gravação, sistemas de controle de suprimento de combustível para motores de combustão interna.

As vantagens dos motores de passo:

• alta precisão, mesmo com uma estrutura em malha aberta, ou seja, sem sensor de ângulo de direção;

• integração nativa com aplicações de gestão digital;

• falta de interruptores mecânicos que muitas vezes causam problemas com outros tipos de motores.

Desvantagens dos motores de passo:

• baixo torque, mas comparado a motores de acionamento contínuo;

• velocidade limitada;

• alto nível de vibração devido ao movimento brusco;

• grandes erros e oscilações com perda de pulsos em sistemas em malha aberta.

As vantagens dos motores de passo superam em muito suas desvantagens, portanto, eles são frequentemente usados ​​nos casos em que a pequena potência dos dispositivos de acionamento é suficiente.

O artigo usa materiais do livro Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Equipamentos elétricos de empresas agrícolas.