Motor de Passo-Aula3

5/9/2018 Motor de Passo-Aula3 - slidepdf.com

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Introdução

Os motores de passo preenchem um nicho único no mundo dos motores

controlados. Estes motores são usualmente empregados em aplicações de medição e de

. ,

com controle numérico (CNC) e bombas volumétricas. Há várias características comum a estes

motores que os tornam ideais para estes tipos de aplicações. Estas características são asseguintes:

1. Inexistência de escovas – os motores de passo não possuem escovas. Os

comutadores e escovas dos motores convencionais são os componentes que apresentam a

maioria das falhas e ainda podem criar arcos que são indesejáveis e perigosos em alguns

.

2. Independência da carga – os motores de passo giram com um uma dada

velocidade independentemente da carga, desde que a carga não exceda o torque do motor.

3. Posicionamento em malha aberta – Os motores de passo se movem com

incrementos ou passos que podem ser quantificados. Desde que o motor funcione com o torque

especificado, a posição do eixo é conhecida a todo tempo sem necessidade de um mecanismo.

4. Torque Estacionário – Os motores de passo são capazes de manter o eixo

estacionário, desde que o seu torque seja respeitado.

5. Excelente resposta a partida, parada e a reversão de movimento.

Nas seções seguintes serão discutidos os tipos mais comuns de motores de passo,

qual o circuito necessário para acionamento destes motores e como pode ser feito o controle domotor de passo por intermédio de um microcontrolador.



Há três tipos básicos de motores de passo: imã permanente, relutância variável e

. .

Os motores de imã permanente possuem um rotor magnetizado, enquanto os

motores de relutância variável tem o rotor na forma de dentes feitos de materiais

ferromagnéticos. Os motores de passo híbridos combinam aspectos dos motores de imã

permanente e dos motores com relutância variável.

O estator, ou a parte estacionário do motor de passo possui várias bobinas. O

arranjo destas bobinas é o fator que distingue os diferentes tipos de motores de passo do

. ,

relutância variável são diferentes dos outros tipos. O motores de imã permanente e oshíbridos podem ser confeccionados usando bobina unipolar, bipolar ou bifilar. Cada uma

destas bobinas serão descritas nas seções posteriores.



Motor de Relutância Variável

Os motores de relutância variável ( também chamado de motores de relutância

variável chaveada) possui de 3 a 5 bobinas conectadas a um terminal comum. A Fig. 1 mostra

um corte de um motor com 3 bobinas, com 30 graus por passo.

O rotor tem 4 dentes e o estator tem 6 polos, com cada bobina colocada em polos

Figura 1.1 Motor de Relutância Variável

. .

Esta atração é causada pelo fluxo magnético gerado em torno da espira e do rotor. O rotor sofre

um torque e é movido para se alinhar com o campo da espira, minimiznado o caminho do fluxo.

O motor move-se no sentido horário quando a bobina 1 é desligada e a bobina 2 é energizada. Odente do rotor marcado com Y será atraído pela bobina 2. Isto resulta em um movimento de 30

graus no sentido horário quando y alinha-se com a bobina 2. O movimento contínuo no sentido

horário é obtido através da energização e desenergização ao redor do estator. A sequência de

.

12 passos ou uma revolução.



EXEMPLO 1:

Os motores de passo unipolares são compostos de duas bobinas, cada uma com uma

deriva ão central. As deriva ões centrais são conduzidas ara fora do motor como dois fios

separados ( como mostrado na Fig. 2) ou conectadas internamente trazidas para fora do motorcomo um único fio. Como resultado os motores unipolares tem 5 ou 6 fios. Independentemente

do número de fios, os motores unipolares são acionados da mesma forma. A derivação central é

conec a a a uma on e e a men aç o e os erm na s as o nas s o a erra as a erna amen e.



Os motores de passo unipolares, como os de imã permanente e os motores híbridos,

.

minimização do comprimento do caminho do fluxo entre os polos do estator e os dentes do

rotor, onde a direção da corrente do fluxo através da bobina do estator é irrelevante, estes

motores operam pela atração dos polos norte ou sul do rotores permanentemente magnetizados

aos polos do estator. Assim, nestes motores, a direção da corrente através da bobina do estator

determina qual polo do rotor será atraído por qual polo do estator. A direção da corrente nos

motores unipolares é dependente de qual metade da bobina é energizada. Fisicamente, as. ,

como polo norte ou sul dependendo de qual metade é energizada. A Fig. 2 mostra a seção de

um motor unipolar com 30 graus por passo. A bobina do motor 1 é distribuída entre a parte

superior e inferior do polo do estator, enquanto a bobina do motor 2 é distribuído entre a

esquerda e direita dos polos do motor. O rotor é de imã permanente com seis polos, 3 polos

norte e 3 polos sul, como mostra a Fig. 2.

Figura 2 Motor Unipolar



Como mostra a Fig. 2, a corrente fluindo através da derivação central da bobina 1 até

o terminal determina que a parte superior do estator seja polo norte e a parte inferior seja o polo

su . s o a ra o ro or para pos ç o mos ra a. e a energ a a o na remov a e a o na

energizada, o rotor girará de 30 graus, ou um passo.

ara g rar o mo or con nuamen e necess r o ap car energ a a uas o nas em

sequência. Assumindo uma lógica positiva, onde 1 significa aplicar corrente na bobina do motor,

as duas sequências de controle mostrada a seguir, gira o motor da Fig. 2 no sentido horário com24 assos ou 2 revolu ões.

Bobina 1a 1000100010001000100010001

Bobina 1b 0010001000100010001000100

Bobina 2b 0001000100010001000100010time --->

Bobina 1a 1100110011001100110011001

Bobina 1b 0011001100110011001100110

Bobina 2a 0110011001100110011001100

Bobina 2b 1001100110011001100110011

time --->

Note que as duas metades de cada bobina nunca são energizadas ao mesmo tempo.

Ambas as sequências firam o imã permanente um passo a cada vez. A sequência mostrada na parte

, .

sequência mostrada na parte inferior são acionados 2 enrolamentos a cada vez o que produz

torque 1,4 vezes maior que a sequência superior, enquanto consome duas vezes mais potência.



A sequência mostrada abaixo permite giros de meio passo.

Bobina 1b 00011100000111000001110000

Bobina 2a 01110000011100000111000001

Bobina 2b 00000111000001110000011100

time --->

Motores Bipolares

.

Diferentemente dos motores unipolares, os motores bipolares não possuem derivação central.

A vantagem de não possuir derivação central e que a corrente passa através de toda bobina ao

invés de fluir apenas por metade da bobina. Como resultado, os motores bipolares produzem

mais torque que um motor unipolar de mesmo tamanho. A desvantagem dos motores

bipolares é que eles necessitam circuitos de controle mais complexos.

A corrente que flui na bobina do motor bipolar é bidirecional. Isto requer mudança

na po ar a e e ca a term na a o na. omo mostra o na g. , a corrente u r a

esquerda para direita na bobina 1 quano 1a é positivo e 1b é negativo. A corrente fluirá noa

direção oposta quando a polaridade de cada terminal é invertida. O circuito de controle,

conhecido como onte H é usado ara mudan a da olaridade de cada terminal da bobina.

Todo motor bipolar tem duas bobinas, e portanto duas pontes H são necessárias para controle

de cada motor.



Figura 3 Motor de Passo Bipolar

A Fig. 3 ilustra um motor de passo bipolar de 30 graus. A bobina 1 do motor é

distribuída entre a parte superior e inferior do polo estator, enquanto a bobina 2 do motor é

distribuída entre a esquerda e direita do polo estator. O rotor é de imã permanente com 6 polos, 3

po o su e po o norte arran a o na orma e c rcun er nc a.

Como o motores unipolares, os motores bipolares podem ser acionados com duas

sequências diferentes. Usando + e – para indicar a polaridade da tensão aplicada, ests

sequências são mostradas no Exemplo 5 para uma revolução ou 12 passos. A primeira

sequência minimiza o consumo de potência através da energização de uma bobina de cada vez,

enquanto a segunda sequência maximiza o torque através da energização das dua bobinas de

.



Exemplo 5:

Motor Bifilar

O termo bifilar significa literalmente “dois fios”. Os motores com bobinas bifilaressão idênticos em termos de rotor e estator, aos motores bipolares com a diferença que cada

bobina é composta de dois fios enrolados em paralelo. Como resultado, os motores bifilares tem

o to term na s ao nv s e quan o compara o com o motor po ar.

Os motores bifilares são acionados como os motores bipolares ou unifilares. Para

usar o motor bifilar como unipolar, os dois fios de cada bobina são conectado em série e oponto de conexão é usado como derivação central. A bobina 1 da Fig. 4 mostra a conexão bas

bobinas unipolar. Para uso do motor bifilar como um motor bipolar, os dois fios de cada bobina

são conectados em paralelo ou em série. A bobina 2 da Fig. 4 mostra a conexão paralela desta

.

série permite alta tensão de operação.



Figura 4

Motores Híbridos

Os motores híbridos utiliza princípios de operação dos motores de imã

permanente e os motores de relutância variável. O rotor do motor de passo híbrido é

multi-dentado, como o do motor de relutância variável e contem um imã concêntrico ao

redo do seu eixo (veja Fig.5). O dente do rotor provê um caminho que auxilia a guiar o

fluxo magnético para localizações preferencias do air gap. O imã concêntrico

aumenta o torque dinâmico do motor quando comparado com os motores de relutância

.

Figura 5 : Motor de Passo Híbrido



Circuitos de Controle Básicos

Nesta seção serão apresentados os circuitos básicos necessários para acionar osdiversos tipos de motores de passo.

Os motores de relutância variável tem múltiplas bobinas, tipicamente de 3 a 5, que

possuindo um terminal comum. As bobinas são acionadas uma de cada vez em uma determinada

sequência para girar o motor.

A Fig. 7 mostra o circuito básico para acionar um motor de relutância variável. Note

os diodos nos terminais da bobina. Como elas são cargas indutivas, necessitam de um caminho

. .

Figura 7: Circuito de Controle de um motor de relutância variável



Unipolar

O circuito de controle básico de um motor unipolar , mostrado na Fig.8, é similar ao

do motor de relutância variável. Note diodos extras para cada MOSFET. Isto é necessário

.

bobina é aterrada a outra é colocada na tensão alta e vice versa. Estes diodos previnem que a

tensão através dos MOSFETS caiam abaixo da tensão de terra.

Figura 8: Circuito de Controle de um Motor unipolar



Bipolar

O circuito básico para acionar as bobinas do motor de passo bipolar é a ponte Hmostrada na Fig. 9. A ponte H pode ser configurada para permitir o fluxo de corrente em uma

outra direção na bobina. Considerando a Fig. 9, a corrente fluirá da esquerda para direita na

cortados. A corrente fluirá da direita para esquerda quando Q2 e Q3 estiverem conduzindo e

Q1 e Q4 cortados.

s pon es possuem um per go neren e que eve ser menc ona o. o nen uma

condição os transistores de um mesmo lado da ponte devem ser ligados ao mesmo tempo.

Isto causará um curto-circuito que poderá danificar o circuito de controle. Um cuidado

es ecial deve ser tomado no chaveamento dos MOSFETs.

Figura 9: Circuito de Controle do Motor bipolar



Referência

AN907 Stepping Motors Fundamentals – Applications Note – Microchip,

htt ://ww1.microchi .com/downloads/en/A Notes/00907a. df acessado

em 11/08/2010.

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