Un motore passo-passo è un motore CC brushless a 2 fasi progettato per far ruotare l'albero attraverso una serie di piccoli passi. Ogni passo è il risultato di singoli impulsi elettrici erogati da un azionamento passo-passo. I motori passo-passo sono spesso utilizzati in un sistema ad anello aperto. A differenza di un servosistema, non è necessario alcun encoder o altro dispositivo di feedback. Il controllo della posizione si ottiene invece contando il numero di comandi di passo da un punto di partenza noto.
Che cos'è un motore passo-passo?
Come funziona un motore passo-passo?
Noti anche come motori a passo, questi motori sono progettati per suddividere ogni rotazione completa in una serie di passi di pari dimensioni (in genere 200), in modo da consentire un posizionamento rapido e preciso del carico e una coppia di tenuta eccezionale in ogni singolo passo. Utilizzando un azionamento a micropassi, ogni passo può essere suddiviso in incrementi ancora più piccoli, avvicinandosi al controllo di posizionamento illimitato che si può ottenere con un servomotore, ma senza la necessità di complessi dispositivi di feedback o di un sistema di controllo ad anello chiuso.
I motori passo-passo ottengono il controllo del posizionamento per mezzo di magneti permanenti montati sul rotore, azionati da due fasi di avvolgimento sullo statore. I denti sottili sulle laminazioni del rotore e dello statore controllano l'angolo di ciascun passo. Quando l'azionamento passo-passo inverte la corrente in ciascun avvolgimento in sequenza, il rotore avanza passo dopo passo, consentendo un controllo preciso della posizione con riferimento a un punto di partenza noto.
Caratteristiche del motore passo-passo
Angolo di passo. Per la maggior parte i motori passo-passo hanno 200 denti, che si traducono in 1,8º di rotazione per ogni passo completo (360º / 200 = 1,8º). È possibile ottenere passi più fini grazie a un controllo più sofisticato dell'alimentazione CC applicata al motore. Ad esempio, una corrente positiva, una corrente nulla e una corrente negativa applicate in successione a ciascun avvolgimento producono angoli di mezzo passo di 0,9°. Il controllo fine della quantità di corrente inviata ai singoli avvolgimenti consente di ottenere incrementi di "micropassi" pari a 1/250 di un passo completo di 1,8°, per prestazioni quasi simili a quelle di un servomotore.
Confronto tra unipolare e bipolare. I motori passo-passo unipolari hanno due bobine con una presa centrale condivisa. Le estremità di ciascuna bobina vengono alternativamente collegate e scollegate per creare un campo magnetico rotante. Viene eccitata solo una bobina alla volta. I motori passo-passo bipolari hanno due bobine con conduttori indipendenti che possono essere eccitati simultaneamente, con la corrente invertita tra loro. Ciò richiede un azionamento più sofisticato, ma offre vantaggi in termini di prestazioni, come una coppia dinamica e di mantenimento più elevata grazie alla maggiore energia magnetica sempre presente.
Confronto tra CC e CA. Per la maggior parte i motori passo-passo funzionano con un'alimentazione CC proveniente dall'azionamento. Tuttavia, sono disponibili anche motori passo-passo in CA. Si tratta di motori sincroni, la cui velocità di rotazione è direttamente proporzionale alla frequenza della corrente alternata: ad esempio, a 120 VCA 60 Hz, il motore gira a 72 giri/min. Questa velocità può essere variata solo modificando la frequenza CA o utilizzando un sistema di ingranaggi. Al contrario, la velocità di un motore passo-passo CC è determinata dalla frequenza di impulsi variabile fornita dall'elettronica di azionamento.
Motori passo-passo ibridi rispetto ad altri tipi. I motori passo-passo a riluttanza variabile sono caratterizzati da un design semplice con un rotore dentato non magnetico che viene attratto dallo statore avvolto solo quando quest'ultimo è eccitato. Rumorosi e a bassa coppia, sono raramente utilizzati nelle applicazioni industriali.
I motori passo-passo a magneti permanenti, spesso chiamati "a elementi sovrapposti", incorporano magneti permanenti con poli nord e sud alternati sul rotore e due bobine di statore impilate o "elementi". Gli angoli di passo tipici sono di 3,6º e questi motori funzionano con una coppia e una velocità relativamente basse.
I motori passo-passo ibridi accoppiano un rotore a magnete permanente dentato con uno statore elettromagnetico dentato. Questi sono generalmente i motori passo-passo più utili per le applicazioni industriali, perché consentono una risoluzione significativamente più elevata e una coppia dinamica e di mantenimento maggiore rispetto agli altri progetti, con un intervallo di velocità utile più ampio.
Facili da configurare. Poiché i motori passo-passo non richiedono encoder o altri dispositivi di feedback né cavi di feedback, sono molto più semplici ed economici da configurare e mettere a punto rispetto ai servomotori. Senza feedback, tuttavia, il sistema deve calcolare la posizione del rotore da un punto di partenza noto.
A cosa serve un motore passo-passo?
I motori passo-passo sono comunemente utilizzati in un'ampia gamma di settori grazie alle loro capacità di posizionamento preciso e all'elevata coppia erogata. Le applicazioni tipiche dei motori passo-passo includono:
Produzione e robotica. I processi altamente ripetibili, come le operazioni di indicizzazione che coinvolgono carichi con massa relativamente fissa, sono un'applicazione ideale per i motori passo-passo.
Macchine utensili e formatura dei metalli. I motori passo-passo offrono un controllo del motion conveniente per la movimentazione dei materiali, la sagomatura, la rettifica, la foratura e altre applicazioni.
Assistenza sanitaria. I motori passo-passo offrono un motion controllato e affidabile per ventilatori, pompe, analizzatori di laboratorio, linee di produzione di vaccini e prodotti farmaceutici e altro ancora.
Stampa, imballaggio e conversione. La movimentazione del nastro, il taglio, la laminazione, la piegatura, la goffratura e processi simili possono spesso trarre vantaggio da un motion passo-passo semplice ed economico.
I sistemi passo-passo sono una scelta appropriata anche per molti altri settori e applicazioni. Discutiamo delle tue specifiche esigenze di motion e troviamo la soluzione migliore.
Passo-passo rispetto ad altre tecnologie motoristiche
Confronto tra motore passo-passo e servomotore.I motori passo-passo si muovono con un numero fisso di passi per rotazione, controllati da impulsi discreti provenienti dall'azionamento passo-passo. I servomotori non hanno questi passi fissi. Utilizzano invece un dispositivo di feedback e un cablaggio dati per segnalare la posizione del rotore all'azionamento, che regola continuamente la corrente per correggere eventuali errori di posizionamento. Scopri come scegliere.
Confronto tra motore passo-passo e motore a induzione. I motori a induzione sono stati storicamente utilizzati per applicazioni a velocità singola, come i trasportatori. Sebbene i moderni motori a induzione e gli azionamenti possano incorporare il feedback, i motori passo-passo sono di solito una scelta migliore per ottenere un controllo quasi simile al servomotore senza la necessità di dispositivi di feedback.
Vantaggi e svantaggi dei motori passo-passo. I motori passo-passo sono una soluzione economica per le applicazioni che richiedono un posizionamento preciso da punto a punto di carichi relativamente costanti e stabili. I motori passo-passo possono essere vantaggiosi anche quando l'applicazione richiede un'elevata coppia di mantenimento. I sistemi passo-passo sono facili da configurare e mettere a punto, ma potrebbero non essere la scelta ottimale per carichi variabili e imprevedibili che possono causare la perdita di passi e compromettere il funzionamento della macchina.
Un servosistema è probabilmente la scelta migliore per le applicazioni più altamente dinamiche che richiedono una correzione dei disturbi ad alta larghezza di banda, velocità più elevate e coppie continue e di picco più elevate sull'intera gamma di velocità. I servosistemi offrono il massimo in termini di precisione di posizionamento, controllo della velocità e risposta dinamica.
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