Motores de Passo

Os motores de passos ou (passo a passo) são dispositivos mecânicos electromagnéticos que podem ser controlados digitalmente através de um hardware específico ou através de software. São usados em larga escala em impressoras, plotters, scanners, drivers de disquetes, discos rígidos etc. Este tipo de motor é utilizado quando existe a necessidade de precisão
Os motores de passo têm um número fixo de pólos magnéticos que determinam o número de passos por volta. Existem vários modelos de motores de passos disponíveis no mercado, os mais comuns têm entre 2 a 72 passos/volta, significando que levam de 2 a 72 passos para completar uma volta.

 

Tipos de Motores de passo

Motores Unipolares

motor de passo unipolar

O motor de passo unipolar apresenta uma derivação central (center tape) entre o enrolamento de duas bobinas.

Motores Bipolares

motor de passo bipolar

O motor de passo bipolar não apresenta a derivação central entre o enrolamento de duas bobinas. Entretanto, o circuito para controlar este tipo de motor é mais complexo do que o unipolar. A vantagem do bipolar é apresentar um torque maior.

Relutância variável

motor de passo relutância variável

Apresenta um rotor com muitas polaridades construído de ferro, tem estator laminado. Por não possuir imã, quando energizada apresenta torque estático nulo. Tendo assim baixa inércia de rotor não pode ser utilizado como carga inércial grande.

Estados e funcionamento de motores de passo

Três estados de um motor de passo

motor passo parado Desligado:
Não há alimentação no motor. Não existe consumo de energia, e todas as bobinas estão desligadas.
Na maioria dos circuitos este estado ocorre quando a fonte de alimentação é desligada.

 
motor parado bobine electrizada Parado:
Pelo menos uma das bobinas fica energizada e o motor permanece estático num determinado sentido. Nesse caso há consumo de energia, mas em compensação o motor mantêm-se alinhado numa posição fixa.
passo completo Rodando:
As bobinas são electrizadas em intervalos de tempos determinados, impulsionando o motor a girar numa direcção.

 

Modos de operação de um motor de passo

volta completa Passo completo 1 (Full-step)
-Apenas uma bobina é electrizada a cada passo;
-Menor torque;
-Pouco consumo de energia;
-Maior velocidade.

 
passo completo
 
Passo completo 2 (Full-step)
-Duas bobinas são electrizadas a cada passo;
-Maior torque;
-Consome mais energia que o Passo completo 1;
-Maior velocidade.
meio passo motor Meio passo (Half-step)
-A combinação do passo completo1 e do passo completo 2 gera um efeito de meio passo;
-Consome mais energia que os passo anteriores;
-É muito mais preciso que os passos anteriores;
-O torque é próximo ao do Passo completo 2;
-A velocidade é menor que as dos passos anteriores.
 

A forma com que o motor irá operar dependerá bastante do que se deseja controlar. Há casos em que o torque é mais importante, outros a precisão ou a velocidade. Essas são características gerais dos motores de passos. Ao trabalhar com motores de passos, precisamos saber algumas características de funcionamento como a tensão de alimentação, a máxima corrente Eléctrica suportada nas bobinas, o grau (precisão). As características mais importantes que devemos ter atenção para controlar um motor de passo são a tensão de alimentação e a corrente eléctrica que suas bobinas suportam.
 


Sequências correctas para se controlar um motor de passo:
 

Passo Completo 1 (Full-step)

Nº do passo B3 B2 B1 B0 Decimal
1 1 0 0 0 8
2 0 1 0 0 4
3 0 0 1 0 2
4 0 0 0 1 1

Passo Completo 2 (Full-step)

Nº do passo B3 B2 B1 B0 Decimal
1 1 1 0 0 12
2 0 1 1 0 6
3 0 0 1 1 3
4 1 0 0 1 9

Meio Passo (Half-step)

Nº do passo B3 B2 B1 B0 Decimal
1 1 0 0 0 8
2 1 1 0 0 12
3 0 1 0 0 4
4 0 1 1 0 6
5 0 0 1 0 2
6 0 0 1 1 3
7 0 0 0 1 1
8 1 0 0 1 9

A velocidade de um motor de passo

Para se controlar a velocidade de um motor passo-a-passo envia-se uma sequência de pulsos digitais (ver tabelas) num determinado intervalo. Quanto menor o intervalo, maior será a velocidade a que o motor irá rodar.
O intervalo não deve ser inferior a 10ms entre cada passo, o motor perderá o torque e em vez de rodar, irá vibrar.

Velocidade do motor

velocidade do motor

A direcção (esquerda / direita) de um motor de passo


 

Para mudar a direcção de rotação do motor, simplesmente inverte-se a sequência dos passos.

Passo completo 1 (direita)

Nº do passo B3 B2 B1 B0 Decimal Direita
1 1 0 0 0 8 funcionamento motor passo direita
2 0 1 0 0 4
3 0 0 1 0 2
4 0 0 0 1 1
Passo completo 1 (esquerda)
 
Nº do passo B3 B2 B1 B0 Decimal Esquerda
1 0 0 0 1 1 funcionamento motor passo esquerda
2 0 0 1 0 2
3 0 1 0 0 4
4 1 0 0 0 8

A precisão de um motor de passo

Vamos supor que temos um motor de passo com as seguintes características:

- Voltagem: 12 v;
- Corrente: 340 mA;
- Resistência da bobina: 36 ohm;
- Graus: 7.5º

Precisão de 7.5º
numero de passos de um motor

Na figura acima a distância entre os ponto azuis é de 7.5º.

Para sabermos quantos passos são necessários para que o motor gire 360º, faça os seguintes cálculos:

Passos/Volta = 360º / 7.5º;
Passos/Volta = 48.

Um motor com precisão de 7.5º, necessita dar 48 passos para completar uma volta.
 

Construindo o hardware para o motor de passo

     Para activarmos um motor precisamos de um hardware específico. Pode-se fazer um driver usando transístores de potência como os BD135, DB241 etc., no entanto, é mais fácil é adquirir circuitos integrados drivers para motores step by st ep, como o ULN 2003 ou ULN2803, que nada mais são que arrays de transístores Darlington que podem controlar correntes de até 500mA para motores de passo a passo, solenóides, relés, motores DC e muitos outros dispositivos.

 

Pinout do CI ULN2003

pinout ULN2003

O CI ULN2003 tem 7 entradas que podem controlar até 7 saídas. Pode-se controlar um motor de passo. Se desejarmos controlar 2 motores, usaremos dois CIs ULN 2003, ou apenas um CI ULN2803

Pinout do CI ULN2803

CI ULN2803

   O CI ULN2803 tem 8 entradas que podem controlar até 8 saídas. Pode-se controlar até 2 motores de passo simultaneamente. Tanto o CI ULN2003 como o ULN 2803 trabalham com correntes de 500mA e tensão de até 50v. Não utilizem motores de passo que consumam mais que os valores máximos de funcionamento, de outra forma, arriscam-se a queimar os CIs.
   Um factor importante é a fonte de alimentação que terá que fornecer a corrente necessária. Trabalhe com fonte de alimentação que forneça corrente acima dos valores de consumo. Por exemplo, se desejássemos controlar 3 motores de passos, todos no mesmo circuito, cada um consumindo 340mA, seria necessário uma fonte de alimentação que fornecesse correntes acima de 1A.

 

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