Como funcionam os motores de passo

Neste post vamos aprender sobre motor de passo. Estaremos explorando o que é o motor de passo, seu mecanismo de trabalho fundamental, tipos de motor de passo, modos de passo e, por último, suas vantagens e desvantagens.

O que é motor de passo?

O motor de passo é um motor sem escovas e seu eixo rotativo (rotor) completa uma rotação com um determinado número de etapas. Devido à natureza escalonada da rotação, ele recebe o nome de motor de passo.

Motor de passo fornece controle preciso sobre o ângulo de rotação e velocidade. É um design de malha aberta, o que significa que nenhum mecanismo de feedback é implementado para rastrear a rotação.

Ele pode variar sua velocidade, mudar a direção de rotação e travar em uma posição instantaneamente. O número de etapas é determinado pelo número de dentes presentes no rotor. Por exemplo: se um motor de passo consiste em 200 dentes, então,

360 (grau) / 200 (número de dentes) = 1,8 grau

Portanto, cada etapa terá 1,8 grau. Os motores de passo são controlados por microcontroladores e circuito acionador. É amplamente utilizado em impressoras a laser, impressoras 3D, unidades ópticas, robótica, etc.

Mecanismo de trabalho fundamental:

Um motor de passo pode consistir em vários pólos enrolados com fio de cobre isolado chamado estator ou parte não móvel do motor. A parte móvel do motor é chamada de rotor, que consiste em vários números de dentes.

Quando um pólo é energizado, o dente mais próximo fica alinhado com aquele pólo energizado e outro dente no rotor será ligeiramente deslocado ou desalinhado com outros pólos não energizados.

O próximo pólo será energizado e o pólo anterior será desenergizado, agora os pólos desalinhados serão alinhados com o pólo energizado atualmente, isso dá um único passo.

O próximo pólo é energizado e o anterior é desenergizado, isso dá outra etapa e este ciclo continua várias vezes para fazer uma rotação completa.

Aqui está outro exemplo muito simples de como o motor de passo funciona:

Geralmente, os dentes do rotor são ímãs dispostos alternadamente no pólo norte e no pólo sul. Como os pólos se repelem e diferentemente da atração do pólo, agora o enrolamento do pólo 'A' é energizado e assume o pólo energizado como o Pólo Norte e o rotor como o Pólo Sul, isso atrai o pólo sul do rotor em direção ao estator do pólo 'A', conforme mostrado na imagem.

Agora o pólo A está desenergizado e o pólo 'B' está energizado, agora o pólo sul do rotor se alinhará com o pólo 'B'. O pólo 'C' e o pólo 'D' semelhantes irão energizar e desenergizar da mesma maneira para completar uma rotação.

Agora você deve entender como funciona um mecanismo de motor de passo.

Tipos de motor de passo:

Existem três tipos de motor de passo:

• Escalador de ímã permanente
• Stepper relutante variável
• Stepper síncrono híbrido

Stepper de ímã permanente:

Os motores de passo de ímã permanente usam dentes de ímã permanente no rotor que são dispostos em forma de pólo alternado (Norte-Sul-Norte-Sul ……), que fornecem maior torque.

Stepper relutante variável:

Stepper relutante variável usa material de ferro macio como rotor com vários números de dentes e opera com base no princípio de que relutância mínima ocorre na lacuna mínima, o que significa que o dente mais próximo do rotor é atraído para o pólo quando ele é energizado, como um metal é atraído em direção a um ímã.

Stepper síncrono híbrido:

No motor de passo híbrido, o método mencionado acima é combinado para obter o torque máximo. Este é o tipo mais comum de motor de passo e também o método caro.
Modos de escalonamento:

Existem 3 tipos de modos de stepping

• Modo passo a passo completo
• Modo de meio passo
• Modo micro stepping

Modo passo completo:

No modo de passo completo pode ser entendido pelo seguinte exemplo: se um motor de passo tem 200 dentes, então, um passo completo é de 1,8 grau (que é dado no início do artigo) ele não girará menos ou mais do que 1,8 grau.

A etapa completa é ainda classificada em dois tipos:

• Modo monofásico
• Modo bifásico

Em ambos os modos de fase, o rotor dá um passo completo, a diferença básica entre os dois é que o modo único fornece menos torque e o modo de duas fases fornece mais torque.

• Modo monofásico:

No modo monofásico, apenas uma fase (um grupo de enrolamento / polo) é energizada em um determinado momento, é o método que consome menos energia, mas também fornece menos torque.

• Modo de duas fases:

No modo bifásico, o modo bifásico (dois grupos de enrolamento / polo) é energizado em um determinado momento, produz mais torque (30% a 40%) do que o modo monofásico.

Modo de meio passo:

O modo de meio passo é feito para o dobro da resolução do motor. Em meio passo, como o nome sugere, leva metade de um passo completo, em vez de 1,8 grau completo, meio passo leva 0,9 grau.
Meio passo é alcançado mudando o modo monofásico e o modo bifásico alternativamente. Reduz a tensão nas peças mecânicas e aumenta a suavidade na rotação. Meio passo reduz o torque em cerca de 15%. Mas o torque pode ser aumentado aumentando a corrente aplicada ao motor.

Micro stepping:

O micro stepping é feito para uma rotação mais suave. Uma etapa completa é dividida em 256 etapas. Para micro-passos, é necessário um controlador especial de micro-passos. Seu torque é reduzido em cerca de 30%.

Os drivers precisam inserir uma onda sinusoidal para a rotação do fluido. Os drivers fornecem duas entradas sinusoidais com saída de fase de 90 graus.

Ele oferece melhor controle sobre a rotação e reduz significativamente o estresse mecânico e reduz o ruído operacional.

As principais vantagens e desvantagens do motor de passo podem ser aprendidas com os seguintes pontos:

Vantagens:

• Melhor controle sobre a rotação angular.
• Alto torque em baixa velocidade.
• Mudança instantânea na direção de rotação.
• Construção mecânica mínima.

Desvantagens:

• A energia é consumida mesmo sem rotação, isso feito para travar o rotor na posição fixa.
• Nenhum mecanismo de feedback existe para corrigir erros de rotação e rastrear a posição atual.
• Necessita de circuito de driver complicado.
• O torque é reduzido em velocidades mais altas.
• Não é fácil controlar o motor em alta velocidade.