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Come funziona un motore passo-passo?

02 Mar 2021
Esperti di Kollmorgen

Un motore passo-passo è un semplice motore sincrono brushless bifase contenente un rotore magnetizzato a segmenti e uno statore costituito da un certo numero di bobine elettromagnetiche. Una volta alimentate, le bobine creano poli positivi e negativi che spingono o tirano il rotore magnetizzato a segmenti per farlo ruotare. L'immagine mostra la struttura interna e l'allineamento dei denti di un tipico motore passo-passo ibrido. I denti sottili, posti a distanza regolare intorno all'intero diametro, garantiscono la rotazione angolare incrementale che determina il movimento meccanico.

I motori passo-passo sono costituiti da due avvolgimenti (bifase) alimentati con corrente CC. Quando la corrente in un avvolgimento viene invertita, l'albero motore avanza di un passo. Invertendo la corrente in ogni avvolgimento si possono controllare con facilità e precisione posizione e velocità del motore, il che rende il motore passo-passo estremamente utile per molte applicazioni di motion control. La misura del passo dipende dalle caratteristiche di progettazione, laddove l'angolo di passo di 1,8° è quello più comune (200 denti). Sono disponibili senza problemi altri angoli di passo. Il numero di passi per giro viene calcolato dividendo 360° per l'angolo di passo.

I motori passo-passo vengono selezionati in base alla coppia di tenuta e alla corrispondente corrente nominale. La coppia di tenuta indica la coppia esterna massima applicata ad un motore (alimentato con la sua corrente nominale) senza provocare una rotazione continua. Nel momento in cui il motore inizia a ruotare, la coppia disponibile viene spesso designata coppia massima. Le coppie massime nominali sono rappresentate come valori sulle curve velocità/coppia del motore.

Le bobine di un motore passo-passo possono essere configurate in una disposizione unipolare o bipolare. Le configurazioni unipolari sono quelle più semplici da controllare poiché si possono utilizzare circuiti elettronici semplici per gli azionamenti in modo da sequenziare le bobine per la rotazione dell'albero motore. Una disposizione bipolare richiede un azionamento più sofisticato per sequenziare correttamente gli avvolgimenti per il controllo del motore, con vantaggi prestazionali aggiuntivi tra cui una maggior coppia di tenuta.

Gli azionamenti passo-passo sono disponibili in un'ampia gamma di tensioni e correnti nominali. Le prestazioni di un motore dipendono in larga misura dalla corrente e dalla tensione fornite dall'azionamento. Parlando dei motori passo-passo si usano comunemente i termini passo completo, mezzo passo e "micropasso". Un motore passo-passo da 1,8° ad esempio ha 200 posizioni distinte in un giro completo di 360°. Poiché 360° diviso 200 fa 1,8°, l'albero motore avanzerà di 1,8° ogni volta che al motore verrà comandato di fare un passo: questo è il passo completo. Il termine "mezzo passo" indica un angolo di passo di 0,9° (metà di un passo completo da 1,8°), che viene ottenuto con una tecnica di commutazione che applica alternativamente corrente positiva, nessuna corrente e corrente negativa a ciascun avvolgimento in sequenza. Il termine "micropasso" fa riferimento ad una forma di controllo più sofisticata che va al di là della semplice commutazione di potenza tra gli avvolgimenti di fase del motore, per controllare la quantità di corrente inviata ai singoli avvolgimenti. Il vantaggio principale dei micropassi è la riduzione dell'ampiezza di risonanza che si verifica quando il motore funziona alla sua frequenza naturale. I micropassi consentono di posizionare l'albero in punti diversi da 1,8° o 0,9°, corrispondenti rispettivamente al passo completo e al mezzo passo. Le posizioni dei micropassi si trovano tra due punti angolari nella rotazione del rotore. Gli incrementi più comuni per i micropassi sono 1/5, 1/10, 1/16, 1/32, 1/125 e 1/250 di un passo completo.

Altre risorse

Sui passi del primo motore passo-passo industriale »

Un piccolo passo... angolo di passo da 0,9 o 1,8 gradi »

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