Kalatec Automação

História do Motor de Passo:

Os  motores de Passo deixa  os  laboratórios e torna-se comercial no início da década de 60 com o advento dos transistores. Nos anos 70, ele  sofreu rápido desenvolvimento graças  ao seu emprego em periféricos de computadores pessoais. Nos anos 80, aumentou-se o interesse em âmbito mundial devido a sua versatilidade, principalmente nas aplicações industriais. A preocupação ambiental devido a emissão de gases pelos veículos automotivos , deram uma nova impulsão a esses produtos no início dos anos 90, a ponto de cada veículo ter um motor de passo em seu sistema de injeção eletrônica.

Definição:

É um dispositivo eletro-mecânico de posicionamento que  converte  sinal elétrico (digital) em torque, rotacionando um incrementos precisos (step)  uma carga. Os motores de passo são  divididos em três tipos a saber: relutância variável, magneto permanente e híbridos.  Vamos focar  exclusivamente nos motores de passo híbridos, os quais  são largamento utilizados na industria. Os  motores de Passo Híbridos  são de 2 fases. Sua construção é bem simples, são constituído por um rotor, um estator, tampa de montagem , flange  e rolamentos.

O rotor é construído em duas secções, cada seção possuí 50 dentes. O Estator, que é a carcaça, possuí 8 pólos , cada um com 5 dentes, perfazendo um total de 40 dentes. As bobinas são enroladas  sobre os dentes do estator e estão conectadas aos pares. Desse modo, quando a corrente atravessa um par de espiras do estator, atrairão os dentes de polaridade opostas em cada extremidade do rotor. Então energizando alternadamente um e depois duas espiras o rotor se desloca um incremento de 1.8o em cada estágio.

Características:

• O número de passo que o Motor gira, teoricamente  é exatamente igual ao número de pulsos recebidos. Ou seja se um CLP ou PC enviar 200 pulsos a um tradicional Motor Híbrido , esse se deslocará os exatos 200 pulsos . Sabendo que o motor é de 200PPR (pulsos por revolução) , os exatos 200 pulsos compreenderá o deslocamento efetivo de 1 revolução (200 pulsos x 1.8o = 360o).

• A velocidade do motor é exatamente igual a frequência de entradas dos pulsos. Considerando o tradicional motor hibrido de 200PPR , se o CLP ou PC enviar os exatos 200 pulsos na frequência de 200Hz , o motor irá completar 1 revolução (360o) na velocidade de 1 RPS (rotação por segundo). Nesse mesmo raciocínio se contemplarmos os  mesmos 200 pulsos, porém sendo gerados a 400Hz , o mesmo deslocamento será  feito em 2RPS ou seja 120RPM.

• A precisão  do motor de passo é de 3 à 5% do valor de um  passo, valor não acumulativo. Se o motor é de resolução de 200 PPR , ou seja passo de 1.8o , a precisão será 5% do valor de 1.8o.

Micropasso:

O Micropasso é uma propriedade exclusivamente do Driver do Motor de Passo. Os  motores  tradicionais  são 200PPR , porém em geral os  drivers de motores de passo  permitem "dividir esse vetor de 1.8o" em incrementos menores.

Uma das resoluções mais tradicionais e com melhor desempenho nas aplicações industriais é a de 2000PPR. Imagine uma tabela a qual vamos dividir o vetor 1.8o em 10 novos vetores. Isso é possível nos drivers pois o driver equaliza a transição da polaridade na bobina do estator de modo que a transição não ocorra brutamente , e sim incrementando uma das  bobinas no mesmo momento que a segunda bobina ocorre o inverso (redução do fluxo de corrente) , esse ciclo vai ocorrer 10 vezes até completar a transição total da inversão da polaridade da bobina. E assim se inicia um novo ciclo sucessivamente. O que ocorreu é que as 200 alternâncias de polaridades dentro de uma resolução foram multiplicadas 10 vezes o que resultou no exemplo um micropasso de 1/10 ou 2000PPR. Os Drivers de Motores de passo geralmente são comercializados com algumas resoluções fixas, pré-definidas pelos seus fabricantes. Bem, chamo então a atenção dos leitores para uma característica exclusiva dos Drivers ST-10-S/SI  do fabricante APPLIED MOTION, os quais permitem ajustar qualquer valor de micro-passo entre o range de 200 à 51.200PPR, utilizando a ferramenta: Software ST Configurator.

Tipos de Ligação e Quantidades de Fios:

Os motores de passo costumam ser encontrado no mercado com 04, 06 ou 08 fios. Vale apena lembrar que trata do mesmo tipo de motor, em geral motores híbridos de 02 fases. No entanto saem das fabricas já  com um determinado fechamento de bobina definido: Unipolar , Bipolar Série ou Ligação Universal (08 fios). Os  motores de passo da KALATEC são de 08 fios, assim  serão possíveis serem ligados nos três tipos de ligações possíveis:

• Unipolar (06 fios : 4 fios avulsos + 02 pares conectados no 0 ou no VDC da fonte de alimentação)
• Bipolar  Série (04 fios : 04 fios avulsos  + 02 pares  fechados e não conectados)
• Bipolar Paralelo (04 pares de fios conectados )

Ligações  Unipolares estão cada vez mais em desuso, pois das três ligações é sem dúvida a menos eficaz , em média 30% menos torque do que ligações em drivers bipolares). Nos  drivers bipolares por sua vez, resta a dúvida: Qual tipo de ligação devo fazer? Bipolar Série ou Bipolar Paralelo?

A resposta será  dada pela capacidade de Corrente disponível  no driver e também da aplicação : Se a prioridade é Torque Inicial ou Velocidade Final mais alta.

Bem, vale um ressalvo, nos motores de 06 e 08 fios, a corrente anotada na etiqueta  do motor será sempre a corrente Nominal , a utilizada nas ligações exclusivamente em drivers Unipolares. Como estamos partindo do principio que estamos utilizando  drivers bipolares, deveremos ajustar a corrente do Drivers com o seguinte critério:

• 1. Ligação Bipolar Série : Ajustar a corrente 30% abaixo da corrente Nominal.
  2. Ligação Bipolar Paralelo: Ajustar a corrente 30% acima da corrente nominal.

Seus efeitos práticos:

Nas ligações Bipolar em Série teremos em geral um torque inicial mais alto e uma capacidade de atingir velocidades maiores reduzidas. E nas ligações Bipolar em Paralelo, teremos o inverso, ou seja, um torque inicial  reduzido, no entanto, uma capacidade de atingir velocidades finais mais elevadas.

Efeito da Fonte de Alimentação nos Motores de Passo:

É sabido que o driver de motor de passo, mantém a corrente constante, ou melhor dizendo, para  promover a transição da polaridade da  bobina, o  driver modula o sinal com a corrente transitando de zero a nominal ajustada no driver. Em tese, não teremos consumo de corrente acima da ajustada pelo driver. Uma boa  fonte de alimentação tem a função de garantir a corrente e ofertar  potência.  Bem, até então, nenhuma novidade, mas é importante sabermos que uma fonte com Tensão DC maior facilita o motor de passo atingir a corrente máxima em tempos mais rápidos. Como resultado será possível atingir velocidades maiores com uma Tensão DC maior. Na prática, considerando o mesmo motor, o mesmo driver, a mesma corrente, porém com alimentação DC diferente , teremos  resultados  diferentes. Por isso , a recomendação de usarmos uma fonte DC próximo a 72VDC nas aplicações que necessitam velocidades altas. Já para rotações  abaixo de 4 RPS não perceberemos diferença.

Edilson Cravo

Eng de Aplicação