O que é motor de passo e como funciona

Desde um simples DVD player ou impressora em sua casa até uma máquina CNC altamente sofisticada ou braço robótico, os motores de passo podem ser encontrados em quase todos os lugares. Sua capacidade de fazer movimentos precisos controlados eletronicamente fez com que esses motores encontrassem aplicação em muitos felinos, como câmeras de vigilância, disco rígido, máquinas CNC, impressoras 3D, robótica, robôs de montagem, cortadores a laser e muito mais. Neste artigo, vamos aprender o que torna esses motores especiais e a teoria por trás disso. Aprenderemos como usar um para seu aplicativo.

Introdução aos motores de passo

Como todos os motores, os motores de passo também têm um estator e um rotor, mas ao contrário de um motor CC normal, o estator consiste em conjuntos individuais de bobinas. O número de bobinas será diferente com base no tipo de motor de passo, mas por enquanto apenas entenda que em um motor de passo o rotor é composto por postes de metal e cada pólo será atraído por um conjunto de bobinas no estator. O diagrama abaixo mostra um motor de passo com 8 pólos do estator e 6 pólos do rotor.

Se você der uma olhada nas bobinas do estator, elas estão dispostas em termos de pares de bobinas, como A e A 'forma um par B e B' forma um par e assim por diante. Portanto, cada um desses pares de bobinas forma um eletroímã e eles podem ser energizados individualmente usando um circuito acionador. Quando uma bobina é energizada, ela atua como um ímã e o pólo do rotor fica alinhado a ela; quando o rotor gira para se ajustar para se alinhar com o estator, é chamado de uma etapa. Da mesma forma, ao energizar as bobinas em sequência, podemos girar o motor em pequenos passos para fazer uma rotação completa.

Tipos de motores de passo

Existem basicamente três tipos de motores de passo baseados na construção, que são:

• Motor de passo de relutância variável: Possui rotor com núcleo de ferro que é atraído para os pólos do estator e fornece movimento por relutância mínima entre o estator e o rotor.
• Motor de passo de ímã permanente: Possui rotor de ímã permanente e são repelidos ou atraídos para o estator de acordo com os pulsos aplicados.
• Motor de passo síncrono híbrido: Eles são uma combinação de relutância variável e motor de passo de ímã permanente.

Além disso, também podemos classificar os motores de passo como Unipolares e Bipolares com base no tipo de enrolamento do estator.

• Motor de passo bipolar: As bobinas do estator neste tipo de motor não terão um fio comum. O acionamento deste tipo de motor de passo é diferente e complexo e também o circuito de acionamento não pode ser facilmente projetado sem um microcontrolador.
• Motor de passo unipolar: Neste tipo de motor de passo podemos tomar a derivação central de ambos os enrolamentos de fase para um aterramento comum ou para uma alimentação comum, conforme mostrado abaixo. Isso torna mais fácil acionar os motores, existem muitos tipos de motor de passo unipolar também

Ok, então ao contrário de um motor DC normal, este tem cinco fios de todas as cores extravagantes saindo dele e por que é assim? Para entender isso, devemos primeiro saber como um stepper que já discutimos. Em primeiro lugar, os motores de passo não giram, eles andam e, por isso, também são conhecidos como motores de passo. Ou seja, eles se moverão apenas um passo de cada vez. Esses motores têm uma sequência de bobinas presentes neles e essas bobinas devem ser energizadas de uma maneira particular para fazer o motor girar. Quando cada bobina está sendo energizada o motor dá um passo e uma sequência de energização fará com que o motor dê passos contínuos, fazendo-o girar. Vamos dar uma olhada nas bobinas presentes dentro do motor para saber exatamente de onde vêm esses fios.

Como você pode ver, o motor possui um arranjo de bobina unipolar de 5 derivações. Existem quatro bobinas que devem ser energizadas em uma seqüência particular. Os fios vermelhos serão fornecidos com + 5V e os quatro fios restantes serão puxados para o terra para acionar a respectiva bobina. Usamos qualquer microcontrolador para energizar essas bobinas em uma sequência particular e fazer o motor executar o número necessário de etapas. Novamente, há muitas sequências que você pode usar, normalmente um controle de 4 etapas é usado e para um controle mais preciso um controle de 8 etapas também pode ser usado. A tabela de sequência para controle de 4 etapas é mostrada abaixo.

Degrau	Bobina Energizada
Passo 1	A e B
Passo 2	B e C
etapa 3	C e D
Passo 4	D e A

Então agora, por que esse motor é chamado de 28-BYJ48 ? A sério!!! Eu não sei. Não há razão técnica para este motor ter esse nome; talvez não devamos mergulhar muito mais fundo nisso. Vejamos alguns dos dados técnicos importantes obtidos na folha de dados deste motor na imagem abaixo.

Essa é uma cabeça cheia de informações, mas precisamos olhar algumas importantes para saber que tipo de stepper estamos usando para que possamos programá-lo com eficiência. Primeiramente sabemos que é um motor de passo de 5V, pois energizamos o fio vermelho com 5V. Então, também sabemos que é um motor de passo de quatro fases, uma vez que tinha quatro bobinas. Agora, a relação de transmissão é de 1:64. Isso significa que o eixo que você vê do lado de fora fará uma rotação completa apenas se o motor interno girar 64 vezes. Isso porque as engrenagens que estão conectadas entre o motor e o eixo de saída, ajudam no aumento do torque.

Outro dado importante a ser observado é o Ângulo de Passada: 5,625 ° / 64. Isso significa que o motor quando opera na sequência de 8 etapas se moverá 5,625 graus para cada etapa e levará 64 etapas (5,625 * 64 = 360) para completar uma rotação completa.

Calculando as etapas por revolução para motor de passo

É importante saber como calcular os passos por revolução para o seu motor de passo porque só assim você poderá programá-lo / acioná-lo com eficácia.

Vamos supor que estaremos operando o motor na sequência de 4 etapas, de modo que o ângulo da passada seja de 11,25 °, já que é 5,625 ° (fornecido na folha de dados) para a sequência de 8 etapas, será 11,25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

Passos por revolução = 360 / ângulo de passo Aqui, 360 / 11,25 = 32 passos por revolução.

Por que precisamos de módulos de driver para motores de passo?

A maioria dos motores de passo operará apenas com a ajuda de um módulo driver. Isso ocorre porque o módulo controlador (microcontrolador / circuito digital) não será capaz de fornecer corrente suficiente de seus pinos de E / S para o motor operar. Portanto, usaremos um módulo externo como o módulo ULN2003 como driver de motor de passo. Existem muitos tipos de módulo de driver e a classificação de um mudará com base no tipo de motor usado. O princípio primário para todos os módulos do driver será fornecer / absorver corrente suficiente para o motor operar. Além disso, existem também módulos de driver que possuem a lógica pré-programada, mas não discutiremos sobre isso aqui.

Se você está curioso para saber como girar um motor de passo usando algum microcontrolador e driver IC, então cobrimos muitos artigos sobre sua operação com diferentes microcontroladores:

• Interface do motor de passo com o Arduino Uno
• Interface do motor de passo com STM32F103C8
• Interface do motor de passo com o microcontrolador PIC
• Interface do motor de passo com MSP430G2
• Interface de motor de passo com microcontrolador 8051
• Controle de motor de passo com Raspberry Pi

Agora acredito que você tenha informações suficientes para controlar qualquer motor de passo necessário para o seu projeto. Vamos dar uma olhada nas vantagens e desvantagens dos motores de passo.

Vantagens dos motores de passo

Uma grande vantagem do motor de passo é que ele tem excelente controle de posição e, portanto, pode ser usado para aplicações de controle preciso. Além disso, possui um torque de retenção muito bom, o que o torna a escolha ideal para aplicações robóticas. Os motores de passo também são considerados como tendo uma vida útil elevada do que a CC normal ou o servo motor.

Desvantagens dos motores de passo

Como todos os motores, os motores de passo também apresentam suas próprias desvantagens, pois, ao girar em pequenos passos, não podem atingir altas velocidades. Também consome energia para segurar o torque mesmo quando é ideal, aumentando assim o consumo de energia.