Eletromecânicos de Manutenção Industrial

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1 Eletromecânicos de Manutenção Industrial Motor de passo a passo 2013/

2 Motores passo a passo Os motores de passo são dispositivos eletromecânicos que convertem pulsos elétricos em movimentos mecânicos em deslocamentos angulares ou lineares precisos A cada comando o eixo do motor roda um pequeno ângulo e permanece nessa posição até ao próximo comando 2

3 Motores passo a passo Com sequências de comandos, obtémse o deslocamento desejado Se se mantiver a sequência de comandos, o eixo do motor roda por saltos contínuos com uma velocidade proporcional à frequência das sequências 3

4 Motores passo a passo Estas características permitem que este tipo de motor se interligue com grande facilidade com sistemas digitais 4

5 Motores passo a passo Não possuem escovas Excelente binário Baixa rotação 5

6 Motores passo a passo São utilizados em aplicações onde seja necessário controlar: o Um deslocamento angular o Um posicionamento o A velocidade o Sincronismo 6

7 Motores passo a passo Ideias para a construção de mecanismos que requeiram movimentos precisos o Robótica o Impressoras o Fotocopiadoras o Scanners o Relógios o Automação industrial, etc 7

8 Tipos de motores passo a passo Todos possuem estator e rotor Diferem na constituição do rotor 8

9 Tipos de motores passo a passo Íman permanente Relutância variável Híbrido 9

10 Motor PaP de íman permanente Formado por duas secções Cada secção tem o seu enrolamento Vários conjuntos de pólos magnéticos (dentes) dispostos radialmente em torno do rotor 10

11 Motor PaP de íman permanente 11

12 Motor PaP de íman permanente O rotor é cilíndrico Não possui dentes Formado por conjuntos de ímans permanentes N-S dispostos radialmente em torno do veio 12

13 Motor PaP de íman permanente 13

14 Tem como princípio de funcionamento as leis de atração e repulsão entre pólos magnéticos Os enrolamentos do estator são alimentados, criando pólos magnéticos N e S nos dentes de cada secção 14

15 Como os pólos contrários se atraem, os pólos N dos imanes permanentes do rotor que estiverem mais próximos são atraídos pelos dentes do estator com pólos S e os pólos S do rotor pelos dentes com pólos N, rodando o rotor no sentido de alinhamento dos campos magnéticos 15

16 Para fazer rodar o rotor, basta criar um campo magnético rotativo, alimentando sucessivamente os dois enrolamentos do estator (A e B) 16

17 O enrolamento A é ali mentado, passando a corrente no sentido indicado São criados pólos magnéticos N-S no estator que atraem os pólos S-N do rotor 17

18 Igualmente para o enrolamento B, deslocando-se o rotor 90 no sentido anti-horário 18

19 A corrente passa novamente no enrolamento A, mas em sentido contrário Pólos magnéticos criados no estator com sinais contrários aos do passo 1 O rotor é novamente atraído, deslocando-se mais 90 19

20 Corrente novamente no enrolamento B, em sentido contrário Pólos magnéticos criados no estator com nome contrário aos do passo 2 O rotor desloca-se mais 90 20

21 Rotação completa em quatro passos. Se a sequência de alimentação dos enrolamentos for invertida (l, 4, 3, 2), o rotor roda em sentido horário 21

22 Um motor de íman permanente de uso comum não roda por passos de 90º, a sua capacidade de posicionamento seria muito baixa Um motor, como os utilizados nas impressoras, roda por passos de 7,5º 22

23 O motor de íman permanente apresenta um bom binário Distinguem-se dos de relutância variável porque no movimento manual do veio, mesmo com os enrolamentos desligados, apresenta um ligeiro binário de retenção Devido ao íman do rotor 23

24 Motor PaP de íman permanente São de construção simples Baixo custo Usados em aplicações não industriais Utilizado: o Impressora o Fotocopiadoras o scanners 24

25 Motor PaP de relutância variável Rotor constituído por material de boa permeabilidade magnética Estator com três ou mais enrolamentos Tanto o estator como o rotor possuem pólos salientes (dentes) 25

26 Alimentando-se os enrolamentos do estator, os dentes magnetizam-se e atraem os dentes salientes do rotor que estiverem mais próximos, o rotor roda alinhando os seus dentes com os dentes do estator 26

27 O alinhamento dos dentes corresponde a uma posição de relutância mínima 27

28 No estator destes motores existem três conjuntos de enrolamentos, A, B e C, cada qual com duas bobinas colocadas em pólos diametralmente opostos e ligadas em série, formando uma fase 28

29 Alimentando sequencialmente os enrolamentos do estator com uma tensão contínua 29

30 Neste caso o motor possui três fases (enrolamentos A, B e C) e, consequentemente, três conjuntos de pólos magnéticos. O rotor, constituído por material ferromagnético, possui quatro dentes 30

31 Passo1: Quando a fase A (bobina A) é alimentada, os dentes do rotor procuram uma posição de relutância mínima, no exemplo, os dentes l e 3 alinham-se com ou pólos N-S do enrolamento A 31

32 Passo 2: Passando a alimentação para a fase B, são atraídos pelos pólos do enrolamento B os dentes do rotor que estiverem mais próximos O rotor desloca-se 30 para a nova posição de relutância mínima 32

33 Rotação do rotor 33

34 Passo 3: Desligada a fase B e ligada a fase C, são atraídos os dentes 1 e 3 e o rotor desloca-se mais 30 34

35 Passo 4: Desligada a fase B e ligada a fase A, são atraídos os dentes 2 e 4 e o rotor desloca-se mais 30 35

36 Rotação do rotor 36

37 Continuando a alimentar sucessivamente as bobinas A, B e C, o rotor desloca-se por passo de 30º no sentido anti-horário Uma rotação completa do rotor corresponde a 12 passos 37

38 Motor PaP de relutância variável São menos utilizados do que os motores de íman permanente A principal utilização é em aplicações de precisão com binários muito reduzidos 38

39 Motor PaP híbrido A construção dos motores de íman permanentes com ângulos de passo abaixo de 7,5 é de alguma complexidade Esta situação é ultrapassada com o motor híbrido 39

40 Motor PaP híbrido Combina os princípios do motor de íman permanente e do motor de relutância variável Tem um pequeno ângulo de passo (1,8 ) Binário elevado num motor relativamente pequeno 40

41 Motor PaP híbrido Possui um rotor constituído por um íman permanente e massas polares, com dentes, acopladas aos pólos do íman 41

42 Motor PaP híbrido O estator possui dois enrolamentos com várias bobinas e pólos magnéticos com dentes Estes pólos estão dispostos em frente dos dentes das massas polares do rotor 42

43 Motor PaP híbrido Possibilita passos muito reduzidos com um binário bastante elevado Tem as vantagens do motor de íman permanente e do motor de relutância variável É o motor de passo-a-passo mais utilizado em aplicações industriais 43

44 Combina o modo de funcionamento do motor de íman permanente e do de relutância variável 44

45 O rotor é constituído por massas polares acopladas a um íman permanente, essas massas têm polaridade: uma N, e outra S 45

46 O estator deste motor possui quatro dentes e dois enrolamentos O rotor tem seis dentes: três nas massas polares anteriores, N, acoplados ao pólo N do íman permanente, e três, nas massas polares posteriores, S, acoplados ao pólo S do íman 46

47 Os dentes posteriores estão posicionados a meio do intervalo dos anteriores 47

48 Se os enrolamentos do estator forem alimentados com a sequência de impulsos indicados na seguinte tabela 48

49 49

50 A sequência da sua rotação é a seguinte: Alimentando o enrolamento A do estator, é criado no dente superior um pólo S e no dente inferior um pólo N 50

51 A sequência da sua rotação é a seguinte: Pelo pólo S é atraído o dente anterior N do rotor e pelo pólo N o dente posterior S 51

52 Alimentando o enrolamento B, é criado no dente lateral direito do estator um pólo S e no dente lateral esquerdo um pólo N 52

53 Pelo pólo S é atraído o dente anterior N do rotor que estiver mais próximo Pelo pólo N o dente posterior S do rotor que estiver mais próximo 53

54 Alimentando novamente o enrolamento A, é criado no dente superior um pólo N e no dente inferior um pólo S 54

55 Pelo pólo N é atraído o dente posterior S que estiver mais próximo e pelo pólo S o dente anterior N mais próximo O rotor desloca-se mais 30 no sentido antihorário. 55

56 Alimentando agora o enrolamento B com corrente em sentido contrário, é criado no dente lateral direito um pólo N e no dente lateral esquerdo um pólo S 56

57 Pelo pólo N é atraído o dente posterior S que estiver mais próximo, e pelo pólo S o dente anterior N que estiver mais próximo O rotor desloca-se 30º no sentido anti -horário 57

58 Nesta fase, o rotor deslocou-se no sentido anti-horário 90. Continuando a alimentar os enrolamentos com a mesma ordem (l,2,3,4), o rotor continua a rodar no anti - horário 58

59 Uma rotação completa do rotor corresponde a12 passos Para que o rotor rode em sentido horário, basta trocar a sequência de alimentação dos enrolamentos, ou seja, alimentar os enrolamentos pela ordem (1,4,3,2) 59

60 Os motores híbridos utilizados nas aplicações práticas possuem um número de dentes que ronda os 200 ou mais Podem possui r um rotor com vários ímanes per manentes intercalados entre massas polares 60

61 Neste caso, os dentes de cada massa polar estão fisicamente desencontrados, o que possibilita ângulos de passo extremamente pequenos 61

62 Motor PaP híbrido Pequeno binário de retenção Devido à atração entre o íman permanente do rotor e os pólos do estator 62

63 Principais características do motor PaP Tensão nominal o Tensão de funcionamento do motor Corrente nominal o Corrente que os enrolamentos do motor suportam em funcionamento normal Resistência do enrolamento o Valor óhmico que o enrolamento possui Indutância do enrolamento o Valor da indutância do enrolamento 63

64 Principais características do motor PaP Binário o Força de rotação do eixo do motor, depende de: frequência dos passos; corrente de excitação dos enrolamentos; tipo de excitação Ângulo de passo o Nº total de posições que o eixo do motor ocupa nos 360 Passo o Mais pequeno deslocamento angular realizado pelo eixo do motor 64

65 Principais características do motor PaP Binário de detenção o Máxima força que é possível aplicar no eixo do motor alimentado sem provocar a sua rotação Binário de retenção o Máxima força que é possível aplicar no eixo do motor não alimentado sem provocar a sua rotação Inércia do rotor o Valor que indica a maior ou menor dificuldade de o rotor iniciar a sua rotação 65

66 Principais características do motor PaP Fases o Por fases entende-se o número de enrolamentos eletricamente separados que dão origem a fluxos magnéticos 66

67 Vantagens do motor PaP Construção simples, alta fiabilidade e fácil controlo Baixo custo e tamanho reduzido Baixa rotação sem engrenagens Binário elevado em velocidades baixas O veio pode ser preso numa determinada posição sem necessidade de freio Pode rodas de forma contínua e com velocidade variável Muito baixa manutenção 67

68 Desvantagens do motor PaP Fenómenos de ressonância podem ocorrer Binário diminui com o aumento da velocidade A velocidade elevada pode perder o sincronismo com o sistema de controlo Em condições extremas de funcionamento pode haver desmagnetização dos ímanes 68

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