O que é um motor de passo, por que é necessário e como funciona

Os motores de passo CC são amplamente utilizados em máquinas e robótica controladas numericamente. A principal diferença deste motor elétrico é o princípio de sua operação. O eixo de um motor de passo não gira por um longo tempo, mas gira apenas um determinado ângulo. Isso garante o posicionamento preciso do item de trabalho no espaço. A fonte de alimentação de um desses motores é discreta, ou seja, é realizada por pulsos. Esses pulsos também giram o eixo por um determinado ângulo, cada rotação é chamada de passo, daí o nome. Frequentemente, esses motores elétricos trabalham em conjunto com uma caixa de engrenagens para aumentar a precisão da instalação e o torque no eixo, e com um codificador para rastrear a posição do eixo no momento. Esses elementos são necessários para transmitir e converter o ângulo de rotação. Neste artigo, contaremos aos leitores do site Elecroexpert sobre o dispositivo, o princípio de operação e a finalidade dos motores de passo.

Como funciona um motor de passo

No tipo, é um motor elétrico síncrono sem escova. Consiste em estator e rotor. No rotor, as seções são geralmente localizadas, montadas a partir de chapas de aço elétrico (na foto, essa é a parte da “engrenagem”), e essas, por sua vez, são separadas por ímãs permanentes. No estator, existem enrolamentos na forma de bobinas separadas.

Princípio de funcionamento

Como um motor de passo funciona pode ser considerado em um modelo condicional. Na posição 1, tensão de uma certa polaridade é aplicada aos enrolamentos A e B. Como resultado, um campo eletromagnético é gerado no estator. Como diferentes pólos magnéticos são atraídos, o rotor assume sua posição ao longo do eixo do campo magnético. Além disso, o campo magnético do motor impedirá tentativas de mudar a posição do rotor do lado de fora. Em palavras simples, o campo magnético do estator funcionará para impedir que o rotor mude a posição definida (por exemplo, sob cargas mecânicas no eixo).

Se tensão da mesma polaridade for aplicada aos enrolamentos D e C, o campo eletromagnético mudará. Isso faz com que o rotor do ímã permanente gire para a posição 2. Nesse caso, o ângulo de rotação é de 90 °. Este ângulo será o passo de rotação do rotor.

A posição 3 é alcançada aplicando tensão de polaridade reversa aos enrolamentos A e B. Nesse caso, o campo eletromagnético se tornará oposto à posição 1, o rotor dos motores mudará e o ângulo total será de 180 °.

Ao aplicar tensão de polaridade reversa aos enrolamentos D e C, o rotor girará um ângulo de até 270 ° em relação à posição inicial. Quando a tensão positiva estiver conectada aos enrolamentos A e B, o rotor assumirá sua posição inicial - completará uma rotação de 360 ​​°.Deve-se ter em mente que o rotor se move pelo menor caminho, ou seja, da posição 1 para a posição 4, o rotor girará somente depois de passar pelas posições intermediárias 2 e 3. Ao conectar os enrolamentos após 1 posição, imediatamente para a posição 4, o rotor girará no sentido anti-horário.

Tipos e tipos por polaridade ou tipo de enrolamentos

Nos motores de passo, são utilizados enrolamentos bipolares e unipolares. O princípio de operação foi considerado com base em uma máquina bipolar. Esse projeto envolve o uso de diferentes fases para alimentar os enrolamentos. O circuito é muito complexo e requer cartões de controle caros e poderosos.

Um esquema de controle mais simples em máquinas unipolares. Nesse esquema, o início dos enrolamentos é conectado a um "plus" comum. Nas segundas conclusões dos enrolamentos, um menos é aplicado alternadamente. Isso garante a rotação do rotor.

Os motores de passo bipolares são mais potentes, seu torque é 40% maior que o da unipolar. Motores elétricos unipolares são muito mais convenientes de operar.

Tipos de motores para o projeto do rotor

De acordo com o tipo de projeto do rotor, os motores de passo são divididos em máquinas:

• com um ímã permanente;
• com resistência magnética variável;
• híbrido.

O motor de passo de ímã permanente no rotor é organizado da mesma maneira que nos exemplos acima. A única diferença é que, em máquinas reais, o número de ímãs é muito maior. Eles geralmente são distribuídos em uma unidade compartilhada. O número de pólos nos motores modernos chega a 48. Um passo nesses motores elétricos é de 7,5 °.

Motores elétricos com resistência magnética variável. O rotor dessas máquinas é feito de ligas magnéticas macias, também chamadas de "motor de passo a jato". O rotor é montado a partir de placas individuais e, no contexto, parece uma roda de engrenagem. Esse projeto é necessário para que o fluxo magnético se feche através dos dentes. A principal vantagem desse projeto é a ausência de um momento de bloqueio. O fato é que o rotor com ímãs permanentes é atraído pelas partes metálicas do motor elétrico. E girar o eixo na ausência de tensão no estator é bastante difícil. Em um motor de passo com resistência magnética variável, não existe esse problema. No entanto, uma desvantagem significativa é o pequeno torque. O tom de tais máquinas é geralmente de 5 ° a 15 °.

O motor de passo híbrido foi projetado para combinar as melhores características dos dois tipos anteriores. Esses motores têm um pequeno passo na faixa de 0,9 a 5 °, um alto torque e capacidade de retenção. A vantagem mais importante é a alta precisão do dispositivo. Esses motores elétricos são usados ​​nos mais modernos equipamentos de alta precisão. Por contras, pode-se atribuir apenas seu alto custo. Estruturalmente, o rotor deste dispositivo é um cilindro magnetizado no qual estão localizados dentes magneticamente macios.

Por exemplo, em um motor de passo de 200 etapas, são utilizados dois discos de engrenagem com 50 dentes cada. Os discos são deslocados um em relação ao outro por um dente, de modo que a depressão do pólo positivo coincida com a protrusão do negativo e vice-versa. Devido a isso, o rotor possui 100 pólos com polaridade reversa.

Ou seja, os pólos sul e norte podem mudar em relação ao estator em 50 posições diferentes e no total de 100. E uma mudança de fase de um quarto fornece outras 100 posições, isso é feito devido à excitação seqüencial.

Gerenciamento de SD

O gerenciamento é realizado pelos seguintes métodos:

1. Onda. Neste método, a tensão é aplicada a apenas uma bobina, para a qual o rotor é atraído. Como apenas um enrolamento está envolvido, o torque do rotor é pequeno e não é adequado para a transmissão de grandes potências.
2. Etapa completa. Nesta modalidade, dois enrolamentos são excitados ao mesmo tempo, o que garante o torque máximo.
3. Meio passo. Combina os dois primeiros métodos.Nesta modalidade, a tensão é aplicada primeiro a um dos enrolamentos e depois a dois. Assim, um número maior de etapas é realizado e uma força de retenção máxima que para o rotor em altas velocidades.
4. Microstepping é realizado aplicando pulsos de microstep. Este método fornece uma rotação suave do rotor e reduz o tremor durante a operação.

Vantagens e desvantagens dos motores de passo

As vantagens deste tipo de máquinas elétricas incluem:

• início alto, parada, velocidade reversa;
• o eixo gira de acordo com o comando do dispositivo de controle em um ângulo predeterminado;
• fixação clara da posição após uma parada;
• alta precisão de posicionamento, sem requisitos rígidos de feedback;
• alta confiabilidade devido à falta de um coletor;
• mantendo o torque máximo em baixas velocidades.

Desvantagens:

• possivelmente uma violação do posicionamento durante a carga mecânica no eixo seja maior do que o permitido para um modelo de motor específico;
• probabilidade de ressonância;
• esquema de controle complexo;
• baixa velocidade de rotação, mas isso não pode ser atribuído a desvantagens significativas, pois os motores de passo não são usados ​​para simplesmente girar algo como sem escova, por exemplo, mas para mecanismos de posicionamento.

Um motor de passo também é chamado de "motor elétrico de posição com rotor finito". Essa é a definição mais espaçosa e ao mesmo tempo breve de tais máquinas elétricas. Eles são usados ​​ativamente em máquinas CNC, impressoras 3D e robôs. O principal concorrente do motor de passo é servo, mas cada um deles tem suas próprias vantagens e desvantagens que determinam a adequação do uso de um ou outro em cada caso.

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