MOTOR DE PASSO STEPPING MOTOR

Transcrição

1 MOTOR DE PASSO STEPPING MOTOR Joaquim Eloir Rocha 1

2 Motores de passo são usados para aplicações de posicionamento. Esses motores se deslocam passo a passo. A cada nova energização de bobina, o rotor se desloca de um passo. Em geral, esses passos costumam deslocar 1,8 graus geométricos. Joaquim Eloir Rocha 2

3 Funcionamento do motor de passo Joaquim Eloir Rocha 3

4 Estator e rotor de um motor de passo Joaquim Eloir Rocha 4

5 Configuração da parte de potência do driver do motor de passo bipolar. Joaquim Eloir Rocha 5

6 Características do motor de passo: Menor custo quando comparado a servomotores; Controla posição em malha aberta; Torque com rotação nula; Torque elevado em baixas velocidades. Joaquim Eloir Rocha 6

7 Curva características torque-velocidade de um motor de passo. Joaquim Eloir Rocha 7

8 Os servomotores são usados onde o seu custo mais alto é justificado. Por exemplo, quando se deseja torque em altas velocidades, maior desempenho dinâmico, ou ainda, um torque superior ao nominal por determinado tempo. Joaquim Eloir Rocha 8

9 O primeiro é um servomotor e o segundo um motor de passo. Joaquim Eloir Rocha 9

10 Há três tipos principais de motores de passo: Motores de ímã permanente; Motores de relutância variável; Motores híbridos. Joaquim Eloir Rocha 10

11 Motor de Ímã Permanente Esse motor possui ímãs permanentes distribuídos ao longo da periferia do rotor. Joaquim Eloir Rocha 11

12 Motor de Ímã Permanente É o tipo de motor mais amplamente utilizado para aplicações não industriais. Ele é essencialmente um dispositivo de baixo custo, baixo torque e baixa velocidade ideal para aplicações em periféricos de informática. A simplicidade geral permite a produção em larga escala a custo muito baixo. Joaquim Eloir Rocha 12

13 Motor de Relutância Variável Esse motor não possui ímãs permanentes, portanto o rotor gira livremente sem torque de retenção. Joaquim Eloir Rocha 13

14 Motor de Relutância Variável Esse tipo de motor é pouco utilizado em aplicações industriais. Como não possui ímã permanente, ele não é sensível à polaridade da corrente e necessitam de um arranjo de drive diferente dos outros tipos de motor. Joaquim Eloir Rocha 14

15 Motor Híbrido Esse tipo de motor de passo é o mais utilizado em aplicações industriais. Joaquim Eloir Rocha 15

16 Motor Híbrido Esse tipo de motor de passo combina os princípios de operação dos outros dois tipos de motores. O rotor tem polos salientes e, também, possui ímãs permanentes. A maioria dos motores híbridos é de 2 fases, embora sejam utilizadas versões de 3 e 5 fases. Joaquim Eloir Rocha 16

17 No esquema abaixo é mostrado um motor de passo de duas fases e um de 5 fases. Joaquim Eloir Rocha 17

18 O motor de passo híbrido de 5 fases do fabricante orientalmotor tem os mesmos 50 dentes no rotor que o motor de duas fases. A diferença é que o de 5 fases tem 10 polos, 2 por fase, e o rotor se move um décimo de um dente para se alinhar com a próxima fase. No de duas fases (8 polos, 4 por fase), o rotor se move um quarto de dente para se alinhar. Joaquim Eloir Rocha 18

19 O resultado é que o de duas fases tem 200 passos por rotação, com 1,8 por passo. O motor de passo de 5 fases tem 500 passos por rotação, com 0,72 por passo. Portanto, a resolução do 5 fases é melhor devido ao projeto. No entanto, é possível melhorar a resolução dos dois tipos de motores usando um driver que permita o micropasso. Joaquim Eloir Rocha 19

20 Modelo Didático de 12 Passos O motor mostrado tem 12 posições possíveis de detenção. Joaquim Eloir Rocha 20

21 Modelo Didático de 12 Passos A corrente atravesse um par das espiras do estator de cada vez. Joaquim Eloir Rocha 21

22 Acionamento com Meio Passo Energizando-se alternadamente uma e depois duas espiras, o rotor se movimenta por apenas 15 em cada estágio e o número de passos por revolução será dobrado. Isto é denominado meio passo (half-stepping) e a maioria das aplicações industriais emprega este modo de passo. Joaquim Eloir Rocha 22

23 Modelo Didático de 12 Passos Sequência de funcionamento do meio passo. Joaquim Eloir Rocha 23

24 Nos motores industriais, quando o motor é acionado em seu modo de passo completo, costuma energizar duas espiras, ou fases, por vez. Assim, o torque disponível em cada passo será maior do que energizar uma fase cada vez. Isso porque são duas fases gerando torque de cada vez. Joaquim Eloir Rocha 24

25 Nesse caso, no modo de meio passo, energiza-se, alternadamente, duas fases e, em seguida, apenas uma. Supondo que o drive forneça a mesma corrente para as espiras nos dois casos, isto fará com que seja produzido um torque maior quando houver duas espiras energizadas. Joaquim Eloir Rocha 25

26 Para produzir um torque aproximadamente igual em todos os passos, seja na situação de duas fases energizadas ou uma, este torque deveria estar ao nível do passo mais forte. Pode-se obter isso empregando um nível mais alto de corrente quando houver apenas uma espira energizada. Joaquim Eloir Rocha 26

27 Modelo Didático de 12 Passos O driver precisa ser mais sofisticado para gerar as correntes abaixo. Joaquim Eloir Rocha 27

28 Acionamento com Micro-passo Se o drive é capaz de entregar as correntes nas duas fases de forma desigual, a posição do rotor será deslocada em direção ao pólo mais forte. Este efeito é empregado no drive de micro-passo, que subdivide o passo básico do motor estabelecendo uma escala proporcional da corrente nas duas espiras. Joaquim Eloir Rocha 28

29 Acionamento com Micro-passo No micro-passo, o tamanho do passo é diminuído e a suavidade do movimento em baixas velocidades é sensivelmente melhorada. Joaquim Eloir Rocha 29

30 Acionamento com Micro-passo Desta forma, o tamanho do passo é diminuído e a suavidade do movimento em baixas velocidades é sensivelmente melhorada. Os drives de micro-passo de alta resolução dividem o passo do motor em até 500 micropassos, propiciando passos por revolução. Joaquim Eloir Rocha 30

31 Acionamento com Micro-passo Nesta situação, o padrão de corrente nas espiras é muito semelhante a ondas senoidais com um deslocamento de fase de 90 entre elas. Pode-se observar que o motor é acionado de forma muito semelhante ao que seria um motor síncrono CA convencional. Joaquim Eloir Rocha 31

32 Motor de passo unipolar e bipolar Existem dois tipos de arranjos para a alimentação de um motor de duas fases. Temse a ligação unipolar e a bipolar. Joaquim Eloir Rocha 32

33 Os motores de passo, dependendo do fabricante, podem ser fornecidos com 8 fios, fato que proporciona universalidade quanto aos possíveis tipos de ligações elétricas: Ligação Unipolar ou Bipolar. Joaquim Eloir Rocha 33

34 Ligação unipolar O motor de passo com ligação unipolar funciona com o enrolamento da fase tendo um tap central. Joaquim Eloir Rocha 34

35 Ligação unipolar Joaquim Eloir Rocha 35

36 Ligação unipolar O motor de passo com ligação unipolar tem a vantagem de ser mais fácil de controlar e ter custos mais baixos. Costuma ter um melhor desempenho em altas velocidades. No entanto, tem um torque reduzido em baixas velocidades. Joaquim Eloir Rocha 36

37 Ligação bipolar No motor de passo com ligação bipolar o circuito do conversor (driver) é mais complexo, pois precisa inverter a polaridade da tensão aplicada às fases. Joaquim Eloir Rocha 37

38 Ligação bipolar Joaquim Eloir Rocha 38

39 Ligação bipolar O motor de passo com ligação bipolar tem a desvantagem do driver ser mais complexo e, por isso, tem um maior custo. Costuma ter um torque alto em baixas velocidades. No entanto, o torque cai rapidamente em altas velocidades. Joaquim Eloir Rocha 39