Um motor de passo é um motor CC bifásico sem escovas projetado para que o eixo gire por uma série de pequenos passos. Cada etapa é o resultado de pulsos elétricos individuais fornecidos por um drive de motor de passo. Os motores de passo são usados com frequência em projetos de sistema de malha aberta. Ao contrário do sistema servo, não há necessidade de nenhum codificador ou outro dispositivo de feedback. Em vez disso, o controle posicional é alcançado à medida que o drive conta o número de comandos de passo a partir de um ponto inicial conhecido.
O que é um motor de passo?
Como funciona um motor de passo?
Também conhecidos como motores de passo, o design desses motores divide cada rotação completa em uma série de passos de tamanho igual – geralmente 200, que permitem o posicionamento rápido e preciso da carga e um torque de retenção excepcional em qualquer passo individual. Ao utilizar um drive de micropasso, cada etapa pode ser dividida em incrementos ainda menores, aproximando-se do controle de posicionamento ilimitado, que pode ser alcançado com um servomotor, mas sem a necessidade de dispositivos de feedback complexos ou de um sistema de controle de malha fechada.
Os motores de passo conseguem o controle de posicionamento por meio de ímãs permanentes montados no rotor, acionados por duas fases de enrolamento no estator. Dentes finos nas laminações do rotor e do estator controlam o ângulo de cada passo. À medida que o acionamento de passo inverte a corrente em cada enrolamento em sequência, o rotor avança passo a passo, permitindo o controle preciso da posição com referência a um ponto inicial conhecido.
Recursos do motor de passo
Ângulo de passo. A maioria dos motores de passo possui 200 dentes, resultando em 1,8º de rotação a cada passo completo (360º/200 = 1,8º). Passos mais finos podem ser alcançados com um controle mais sofisticado da potência CC aplicada ao motor. Por exemplo, corrente positiva, nenhuma corrente e corrente negativa aplicadas a cada enrolamento em sucessão resultam em ângulos de meio passo de 0,9°. O controle preciso sobre a quantidade de corrente enviada aos enrolamentos individuais pode atingir incrementos de “micropassos” tão pequenos quanto 1/250 de um passo completo de 1,8° para um desempenho quase igual ao de um servo.
Unipolar versus bipolar. Os motores de passo unipolares têm duas bobinas com uma torneira central compartilhada. As extremidades de cada bobina são conectadas e desconectadas alternadamente para criar um campo magnético rotativo. Somente uma bobina é energizada por vez. Os motores de passo bipolares têm duas bobinas com condutores independentes que podem ser energizados simultaneamente, com a corrente invertida entre eles. Isto requer um acionamento mais sofisticado, mas oferece vantagens de desempenho, como maior dinâmica e torque de retenção devido à maior energia magnética que está sempre presente.
CC versus CA. A maioria dos motores de passo funciona com uma fonte de alimentação CC do drive. No entanto, motores de passo CA também estão disponíveis. São motores síncronos, com velocidade de rotação diretamente proporcional à frequência CA, por exemplo, a 120 VCA, 60 Hz, o giro do motor será de 72 rpm. A velocidade só pode ser variada alterando a frequência CA ou usando um sistema de engrenagens. Em contraste, a velocidade de um motor de passo CC é determinada pela taxa de pulso variável fornecida pelos componentes eletrônicos do drive.
Motores de passo híbridos versos outros tipos. Os motores de passo de relutância variável apresentam um design simples com um rotor dentado não magnético que só é atraído para o estator enrolado quando este é energizado. Barulhentos e com baixo torque, raramente são usados em aplicações industriais.
Motores de passo de ímã permanente, muitas vezes chamados de motores do tipo “can stack”, incorporando ímãs com polos norte e sul alternados no rotor e duas bobinas de estator empilhadas ou “cans”. Os ângulos de passo típicos são de 3,6º e esses motores operam com torque e velocidade relativamente baixos.
Os motores de passo híbridos combinam um rotor dentado de ímã permanente com um estator eletromagnético dentado. Geralmente, estes são os motores de passo mais úteis para aplicações industriais porque permitem uma resolução significativamente mais alta, bem como maior dinâmica e torque de retenção do que os outros designs, com uma faixa de velocidade útil mais ampla.
Configuração fácil. Como não requerem encoders ou outros dispositivos de feedback, nem cabo de realimentação, os motores de passo são significativamente mais fáceis e econômicos de configurar e ajustar do que os servomotores. Porém, sem feedback, o sistema precisa calcular a posição do rotor a partir de um ponto inicial conhecido.
Para que o motor de passo é usado?
Os motores de passo são comumente usados em uma ampla variedade de indústrias devido aos recursos de posicionamento preciso e alta saída de torque. Dentre as aplicações típicas do motor de passo estão:
Fabricação e robótica. Processos altamente repetitivos, como operações de indexação envolvendo cargas com massa relativamente fixa, são aplicações ideais para os motores de passo.
Máquinas-ferramentas e conformação de metais. Os motores de passo oferecem controle de movimento econômico para manuseio de materiais, modelagem, retificação, perfuração e outras aplicações.
Saúde. Os motores de passo oferecem movimento confiável e controlado para ventiladores, bombas, analisadores de laboratório, linhas de produção de vacinas, produtos farmacêuticos, dentre muitos outros.
Impressão, embalagem e conversão. O manuseio da banda, corte, laminação, dobra, gravação em relevo e processos similares podem muitas vezes se beneficiar de um movimento de passo simples e econômico.
Os sistemas de passo também são uma escolha adequada para muitas outras indústrias e aplicações. Vamos conversar sobre seus requisitos específicos de movimento e encontrar a melhor solução.
Motores de passo versus outras tecnologias de motor
Motor de passo versus servomotorOs motores de passo movem-se por meio de um número fixo de passos por rotação, controlados por pulsos discretos do drive de passo. Os servomotores não têm passos fixos. Em vez disso, eles usam um dispositivo de feedback e cabeamento de dados para relatar a posição do rotor ao driver, que ajusta continuamente a corrente para corrigir qualquer erro de posicionamento. Saiba como escolher.
Motor de passo versus motor de indução. Os motores de indução têm sido historicamente usados para aplicações de velocidade única, como transportadores. Embora os motores de indução e drives modernos possam incorporar o feedback, os motores de passo são geralmente uma escolha melhor, pois alcançam um controle quase igual ao de um servo, sem a necessidade de dispositivos de feedback.
Vantagens e desvantagens dos motores de passo. Os motores de passo são uma solução econômica para aplicações que exigem posicionamento preciso, ponto a ponto, de cargas relativamente constantes e estáveis. Os motores de passo também podem ser uma vantagem quando a aplicação requer alto torque de retenção. Os sistemas de passo são fáceis de configurar e ajustar, mas podem não ser a escolha ideal para cargas variáveis e imprevisíveis que podem gerar passos perdidos e afetar a operação da máquina.
Um sistema servo é provavelmente a melhor escolha para aplicações mais altamente dinâmicas, que exigem correção de perturbações de alta largura de banda, velocidades mais altas e torques contínuos e de pico mais altos em toda a faixa de velocidade. Os sistemas com servos fornecem a maior precisão de posicionamento possível, controle de velocidade e resposta dinâmica.
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