Motores de passo (passo a passo)
Os motores de passos ou (passo a passo) são
dispositivos mecânicos eletro-magnéticos 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, robots, automatismos e em todos os dispositvos onde seja necessário movimento controlado com precisão. 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.
Motores de passo não usam escovas ou comutadores. O rotor de um motor de passo é um ímã permanente que é atraído, em sequência, pelos pólos dos eletroímanes
Tipos de Motores de passo
Motores Unipolares
O motor de passo unipolar apresenta uma derivação central (center tape) entre o enrolamento de duas bobinas.
Motores Bipolares
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
Apresenta um rotor com muitas polaridades construído de ferro, tem estator laminado. Por não possuir imã, quando energizado apresenta torque estático nulo. Tendo assim baixa inércia de rotor não pode ser utilizado como carga inercial grande.
Estados e funcionamento de motores de passo
Três estados de um motor de passo
Três estados de um motor de passo
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.
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 mantem-se alinhado numa posição fixa.
As bobinas são electrizadas em intervalos de tempos determinados, impulsionando o motor a girar numa direcção.
Modos de operação de um motor de passo
-Apenas uma bobina é electrizada a cada passo;
-Menor torque;
-Pouco consumo de energia;
-Maior velocidade.
-Duas bobinas são electrizadas a cada passo;
-Maior torque;
-Consome mais energia que o Passo completo 1;
-Maior velocidade.
-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 elétrica 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 corretas 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
A direção (esquerda / direita) de um motor de passo
Para mudar a direção 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 | |
| 2 | 0 | 1 | 0 | 0 | 4 | |
| 3 | 0 | 0 | 1 | 0 | 2 | |
| 4 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| Nº do passo | B3 | B2 | B1 | B0 | Decimal | Esquerda |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 |  |
| 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:
- Tensão: 12 v;
- Corrente: 340 mA;
- Resistência da bobina: 36 ohm;
- Graus: 7.5º
Precisão de 7.5º
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 transistores de potência como os BD135, DB241 etc., no entanto, é mais fácil é adquirir circuitos integrados drivers para motores step by step, como o ULN 2003 ou ULN2803, que nada mais são que arrays de transistores 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
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
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.
