Motor de passo: dispositivo, princípio de operação, escopo

Os motores de passo CC são amplamente usados ​​em máquinas-ferramentas controladas numericamente e robótica. A principal diferença entre este motor elétrico é o princípio de seu funcionamento. O eixo do motor de passo não gira por muito tempo, mas gira apenas em um determinado ângulo. Isso garante o posicionamento preciso do elemento de trabalho no espaço. A alimentação de tal motor é discreta, ou seja, é realizada por pulsos. Esses impulsos giram o eixo em um determinado ângulo, cada uma dessas voltas é chamada de degrau, daí o nome. Freqüentemente, esses motores trabalham em conjunto com uma caixa de engrenagens para melhorar a precisão do ajuste e o torque no eixo, e com um codificador para rastrear a posição do eixo no momento. Esses elementos são necessários para transferir e transformar o ângulo de rotação. Neste artigo iremos dizer aos leitores do site Ele mesmo eletricista sobre o dispositivo, o princípio de operação e a finalidade dos motores de passo.

Como funciona um motor de passo

Por seu tipo, é um motor síncrono sem escovas. Compreende estator e rotor. No rotor, normalmente há seções feitas de chapas de aço elétrico (na foto é a parte "dentada"), e estas, por sua vez, são separadas por ímãs permanentes. Os enrolamentos estão localizados no estator, na forma de bobinas separadas.

Princípio de operação

Como um motor de passo funciona pode ser visto em um modelo condicional. Na posição 1, uma tensão de uma determinada 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 assumirá sua posição ao longo do eixo do campo magnético. Além disso, o campo magnético do motor impedirá tentativas de alterar a posição do rotor a partir do exterior. Em termos simples, o campo magnético do estator funcionará para evitar que o rotor mude uma determinada posição (por exemplo, sob estresse mecânico no eixo).

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

A posição 3 é obtida aplicando-se a tensão de polaridade reversa aos enrolamentos A e B. Neste caso, o campo eletromagnético ficará oposto à posição 1, o rotor dos motores ficará deslocado e o ângulo total será de 180 °.

Quando uma tensão de polaridade reversa é aplicada aos enrolamentos D e C, o rotor irá girar até 270 ° da posição inicial. Quando uma tensão positiva é conectada aos enrolamentos A e B, o rotor assumirá sua posição original - completará uma rotação de 360 ​​°. Deve-se ter em mente que o movimento do rotor ocorre ao longo do caminho mais curto, ou seja, da posição 1 para posição 4 no sentido horário o rotor irá girar somente após passar intermediário 2 e 3 disposições. 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

Os motores de passo usam enrolamentos bipolares e unipolares. O princípio de funcionamento foi considerado com base em uma máquina bipolar. Este projeto prevê o uso de diferentes fases para alimentar os enrolamentos. O circuito é muito complexo e requer placas de controle caras e poderosas.

Um esquema de controle mais simples em máquinas unipolares. Em tal esquema, o início dos enrolamentos são conectados a um "mais" comum. Nas segundas conclusões dos enrolamentos, "menos" é fornecido alternadamente. Isso garante a rotação do rotor.

Os motores de passo bipolares são mais potentes, têm 40% mais torque do que os unipolares. Os motores elétricos unipolares são muito mais convenientes de operar.

Tipos de motor por projeto de rotor

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

• com um ímã permanente;
• com relutância variável;
• híbrido.

SM com ímãs permanentes no rotor é projetado da mesma maneira que nos exemplos discutidos acima. A única diferença é que existem muito mais ímãs em máquinas reais. Eles geralmente são distribuídos em um disco compartilhado. O número de pólos em motores modernos chega a 48. Uma etapa em tais motores elétricos é 7,5 °.

Motores de relutância variável. O rotor dessas máquinas é feito de ligas magnéticas macias, também chamadas de "motor de passo reativo". O rotor é montado a partir de placas individuais e se parece com uma roda dentada em seção. Este projeto é necessário para que o fluxo magnético seja fechado através dos dentes. A principal vantagem desse design é a ausência de um torque de travamento. O fato é que o rotor de ímã permanente é atraído pelas partes metálicas do motor elétrico. E é muito difícil girar o eixo na ausência de tensão no estator. Esse problema não existe em um motor de passo com relutância variável. No entanto, uma desvantagem significativa é o pequeno torque. O passo dessas máquinas é geralmente entre 5 ° e 15 °.

O motor de passo híbrido foi desenvolvido para combinar as melhores características dos dois tipos anteriores. Esses motores têm um pequeno passo variando de 0,9 a 5 ° e têm alto torque e capacidade de retenção. A vantagem mais importante é a alta precisão do dispositivo. Esses motores elétricos são utilizados nos mais modernos equipamentos de alta precisão. As desvantagens incluem apenas seu alto custo. Estruturalmente, o rotor deste dispositivo é um cilindro magnetizado no qual dentes magnéticos macios estão localizados.

Por exemplo, um motor de passo de 200 etapas usa dois discos dentados com 50 dentes cada. Os discos são deslocados um em relação ao outro por meio dente, de modo que a cavidade do polo positivo coincide com a saliência do polo negativo e vice-versa. Graças a isso, o rotor possui 100 pólos com polaridade reversa.

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

Controle de motor de passo

A gestão é realizada pelos seguintes métodos:

1. Aceno. 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 adequado para transmissão de alta potência.
2. Etapa completa. Nesta modalidade, dois enrolamentos são excitados ao mesmo tempo, garantindo assim o torque máximo.
3. Semi-etapa. Combina os primeiros dois métodos. Nesta modalidade, a voltagem é aplicada primeiro a um dos enrolamentos e, em seguida, a dois. Desta forma, mais etapas são realizadas, e a força de retenção máxima, que pára o rotor em altas velocidades.
4. O controle de microstep é realizado pela aplicação de impulsos de microstep. Este método garante uma rotação suave do rotor e reduz os solavancos durante a operação.

Vantagens e desvantagens dos motores de passo

As vantagens deste tipo de máquinas elétricas incluem:

• altas velocidades de partida, parada, ré;
• o eixo é girado de acordo com o comando do dispositivo de controle em um ângulo predeterminado;
• fixação clara da posição após a parada;
• alta precisão de posicionamento, sem requisitos estritos para a presença de feedback;
• alta confiabilidade devido à ausência de um coletor;
• mantendo o torque máximo em baixas velocidades.

Desvantagens:

• possível violação de posicionamento quando a carga mecânica no eixo é maior do que o permitido para um determinado modelo de motor;
• probabilidade de ressonância;
• esquema de controle complexo;
• baixa velocidade de rotação, mas isso não pode ser atribuído a desvantagens significativas, uma vez que 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 de "número finito de posições do rotor". Esta é a definição mais ampla e ao mesmo tempo concisa 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 conveniência de usar um ou outro em cada caso.

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