O que são motores de passo? O que é a condução de motores de passo? Os motores de passo são um dos motores mais simples de implementar em projetos eletrônicos, onde é necessário um nível de precisão e repetibilidade.
Infelizmente, a construção de motores de passo impõe uma limitação bastante baixa à velocidade do motor, muito mais baixa que a velocidade onde os eletrônicos podem acionar o motor.
Quando a operação em alta velocidade de um motor de passo é necessária, a dificuldade de implementação aumenta, à medida que vários fatores começam a surgir.
Os motores de passo são essenciais em sistemas que é necessário executar um movimento de rotação muito preciso, já que eles possuem esse controle. Um motor de passo permite posicionar o seu eixo muito precisamente em qualquer posição, já que a sua rotação é dividida em vários passos, ou ângulos.
Assim, esse motor torna-se muito útil quando precisamos de movimentos muito precisos, sendo que ainda conseguimos regular a velocidade e o torque do motor.
O objetivo desse artigo é mostrar o que é o motor de passo, como ele funciona, quais os seus tipos e aplicações e como controlar o motor de passo usando um Arduino.
O que é e como funciona o motor de passo?
O motor de passo é um dispositivo capaz de converter um sinal digital em rotação, com movimentos precisos em seu giro.
Assim, esse tipo de motor possui um número fixo de polos magnéticos que determinam os seus passos, sem necessitar de escovas. O número de passos determina a precisão de ângulo de rotação do motor de passo.
Dessa forma, esse tipo de motor necessita de circuitos de controle para controlar a largura de pulso que controla sua operação, assim como enviar a corrente adequada para cada passo do motor.
Leia também: O que é motor de passo?
Princípios Fundamentais dos Motores de Passo
Para compreender a condução de motores de passo em alta velocidade, é essencial revisitar os princípios fundamentais que governam seu funcionamento:
- Resolução: A resolução de um motor de passo refere-se ao ângulo mínimo de rotação por passo. Geralmente, motores com resoluções mais baixas podem atingir velocidades mais elevadas, embora à custa da precisão. Isso ocorre porque a menor quantidade de passos por revolução resulta em menos movimentos intermediários.
- Inércia: A inércia, tanto do motor quanto da carga acoplada, desempenha um papel crítico. Reduzir a inércia na carga é crucial para atingir velocidades mais elevadas, uma vez que uma carga pesada exige mais energia para iniciar e parar o movimento, tornando-o menos eficiente.
- Corrente de Acionamento: A corrente de acionamento é um fator importante. Aumentá-la pode melhorar a capacidade do motor de superar a inércia e acelerar rapidamente. No entanto, isso também pode levar a problemas de aquecimento.
Leia também: Motores de passo vs. Servomotores conheça as diferenças
Fatores sobre condução motores de passo de alta velocidade
Vários fatores se tornam desafios significativos de projeto e implementação quando você dirige motores de passo em alta velocidade. Como muitos componentes, o comportamento real dos motores de passo não é ideal e está muito longe da teoria.
A velocidade máxima dos motores de passo varia segundo o fabricante, modelo e a indutância do motor, com velocidades de 1000 a 3000 RPM atingíveis.
Para velocidades mais altas, os servomotores são uma escolha melhor.
A seguir, são apresentados os principais fatores que afetam os motores de passo que dirigem em alta velocidade.
Inércia
Qualquer objeto em movimento tem inércia, que resiste a alterações na aceleração de um objeto. Em aplicações de baixa velocidade, é possível iniciar o acionamento de um motor de passo na velocidade desejada sem perder um passo.
No entanto, tentar acionar uma carga em um motor de passo em alta velocidade imediatamente é uma ótima maneira de pular etapas e perder a posição do motor.
Exceto para cargas leves, com poucos efeitos inerciais, um motor de passo deve subir de baixa para alta velocidade para manter a posição e a precisão. Os controles avançados do motor de passo incluem limitações de aceleração e estratégias para compensar a inércia.
Curvas de torque
O torque de um motor de passo não é o mesmo para todas as velocidades operacionais. Ele cai à medida que a velocidade de pisada aumenta. A razão para isso é baseada nos princípios operacionais dos motores de passo.
O sinal de acionamento para motores de passo gera um campo magnético nas bobinas do motor para criar força para dar um passo. O tempo que o campo magnético leva para atingir a força total depende da indutância da bobina, da tensão de acionamento e da limitação de corrente.
À medida que a velocidade de condução aumenta, o tempo em que as bobinas permanecem com força total diminui e o torque que o motor pode gerar diminui.
Sinal da unidade dos Motores de Passo
Para maximizar a força em um motor de passo, a corrente do sinal de acionamento deve atingir a corrente máxima de acionamento.
Em aplicativos de alta velocidade, a partida deve ocorrer o mais rápido possível. Dirigir um motor de passo com um sinal de tensão mais alta pode ajudar a melhorar o torque em altas velocidades, aplicadas automaticamente em soluções de driver de passo de corrente constante.
Zona morta
O conceito ideal de um motor permite que ele seja acionado a qualquer velocidade com, na pior das hipóteses, uma redução de torque à medida que a velocidade aumenta.
Infelizmente, os motores de passo geralmente têm uma “zona morta” onde o motor não pode conduzir a carga a uma determinada velocidade.
A zona morta é devido à ressonância no sistema e varia de acordo com cada produto e design.
Ressonância
Motores de passo acionam sistemas mecânicos, e todos os sistemas mecânicos podem sofrer ressonância. A ressonância ocorre quando a frequência de condução corresponde à frequência natural do sistema.
A adição de energia ao sistema tende a aumentar sua vibração e perda de torque, em vez de sua velocidade.
Em aplicações em que vibrações excessivas terão problemas, encontrar e pular as velocidades do motor de passo de ressonância é especialmente importante. Mesmo aplicativos que podem tolerar vibrações devem evitar ressonância sempre que possível.
A ressonância pode tornar um sistema menos eficiente a curto prazo e reduzir sua vida útil temporalmente.
Tamanho do passo
Os motores de passo têm algumas estratégias de direção disponíveis que podem ajudá-los a se adaptar a diferentes cargas e velocidades. Uma tática é a micro-pisada, que permite que o motor faça etapas menores que a completa.
Essas micro-etapas diminuem a precisão, mas também tornam a operação do motor de passo mais silenciosa em velocidades mais baixas.
Os motores de passo só podem operar com tanta rapidez, e o motor não vê diferença em uma micro etapa ou uma etapa completa. Para operação em velocidade máxima, geralmente você deseja acionar um motor de passo com etapas completas.
No entanto, o uso de micro-passos na curva de aceleração do motor de passo pode diminuir significativamente o ruído e a vibração no sistema.
Desafios Específicos em Alta Velocidade
A busca pela alta velocidade na condução de motores de passo traz consigo desafios específicos que precisam ser superados:
- Aquecimento: Aumentar a corrente de acionamento para alcançar velocidades mais altas pode resultar em aquecimento excessivo do motor. Portanto, sistemas de refrigeração eficazes são necessários para evitar danos e falhas prematuras.
- Ressonância Mecânica: À medida que a velocidade aumenta, a ressonância mecânica pode se tornar um problema. Isso leva à perda de passos e à imprecisão no posicionamento. Estratégias de controle de ressonância, como o uso de amortecedores, são essenciais para resolver esse problema.
- Controle de Corrente Preciso: O controle preciso da corrente é vital para evitar oscilações indesejadas e garantir um movimento suave em alta velocidade. Controladores avançados com algoritmos de controle adaptativo podem ser a chave para otimizar o desempenho.
Soluções Avançadas para Alta Velocidade
Para superar esses desafios e maximizar a eficiência da condução de motores de passo em alta velocidade, são empregadas soluções avançadas:
- Microstepping: A técnica de microstepping permite que os motores de passo atinjam posições intermediárias entre os passos tradicionais. Isso melhora significativamente a suavidade do movimento, reduz a ressonância e aumenta a precisão em altas velocidades.
- Feedback de Posição: A incorporação de sensores de feedback, como encoders, proporciona um controle de posição e velocidade mais preciso, especialmente em altas velocidades, ajudando a compensar a perda de passos.
- Eletrônica de Controle Avançada: O uso de controladores eletrônicos avançados com algoritmos de controle adaptativo permite otimizar o desempenho em alta velocidade e minimizar oscilações indesejadas.
A Importância na Indústria de Automação e Robótica
A capacidade de conduzir motores de passo em alta velocidade desempenha um papel crucial na indústria de automação e robótica. Isso permite que máquinas e robôs executem tarefas com eficiência e rapidez, aumentando a produtividade e a precisão em ambientes de produção.
Finalmente, a condução de motores de passo em alta velocidade é uma disciplina desafiadora que requer conhecimento sólido dos princípios subjacentes e o uso de soluções avançadas. Compreender os desafios específicos, como aquecimento, ressonância e controle de corrente, é essencial para otimizar o desempenho em alta velocidade. A melhoria contínua nessa área continua a impulsionar a inovação e a eficiência em uma variedade de aplicações tecnológicas.
Isso é o que você precisa saber sobre condução de motores de passo em alta velocidade. Se você tem perguntas, dúvidas ou sugestões, sinta-se a vontade de deixar abaixo nos comentários.
