Aula15_CEE2

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15 – Motores de passo 1
Motor de passo aplicaçõesMotor de passo – aplicações
• Robótica
• Ferramentas numéricas de precisão• Ferramentas numéricas de precisão
• Manipuladores numéricos
• Computação• Computação
• Impressoras
• “Plotters”• Plotters
• “Scanners”
• RelógiosRelógios
• Microscópios de precisão
• Em suma, sempre que há necessidade de controle preciso de posiçãoEm suma, sempre que há necessidade de controle preciso de posição 
e/ou velocidade
15 – Motores de passo 2
M t d P D fi i ãMotor de Passo – Definição
• Motor cuja excitação em pulso é convertida em um pequeno 
deslocamento angular, chamado de passo
• A estrutura é semelhante à estrutura do motor a relutância
• Os enrolamentos de estator são chamados de enrolamentos de 
controle
• A entrada elétrica em forma de pulso é convertida em posição, sem 
que haja a necessidade de sensores de posição
C í i d l d l id d b i• Característica de torque elevado em velocidade baixa
Operaçãop ç
15 – Motores de passo 3
CaracterísticasCaracterísticas
• O passo pode ser o menor possível
• Operação bidirecional• Operação bidirecional
• Erro de posição desprezível
• Operação sem a perda de pulsos ouOperação sem a perda de pulsos ou 
passos
• Constantes de tempo elétrica eConstantes de tempo elétrica e 
mecânica reduzidas
• Travamento do rotor sem danos ao motor Torque estático 
• Velocidade proporcional à freqüência de entrada
• Controle digital da velocidade e da posição
Motor de Passo Tipos
• Controle em malha aberta
Motor de Passo – Tipos
• Com rotor ativo (rotor a ímãs permanentes)
C t ti i (ti l tâ i )• Com rotor reativo ou passivo (tipo relutância)
• Híbrido
15 – Motores de passo 4
Motor de passo a ímãs permanentesMotor de passo a ímãs permanentes
• Fluxo radial • Fluxo axial
15 – Motores de passo 5
Motor de passo a ímãs permanentesMotor de passo a ímãs permanentes
(I)
• Seqüência de chaveamento
(I) (I)
Seqüê c a de c avea e to
(II) (I)
(III)
(I)
(III)
(II)
(IV)
(III)
(A+) (B+) (A ) (B ) (A+)
(IV)
(A+) (B+) (A) (B) (A+) · · ·
• O exemplo aqui mostrado é um(IV) O exemplo aqui mostrado é um 
motor de 4 pulsos por revolução
15 – Motores de passo 6
Motor de passo a ímãs permanentesMotor de passo a ímãs permanentes
• Passo
ksss
 360ou
2
2ou
2
360 
kmm sss  ppp 22 11
•   passo• s  passo
• m1  número de fases do estator
• k  número de pulsos por revoluçãok  número de pulsos por revolução
• 2p  número de pólos do rotor
• Motor da transparência anterior:

 90
22
360
s• m1 = 2• 2p = 2  22• 2p = 2
15 – Motores de passo 7
Motor de passo a relutânciaMotor de passo a relutância
(I) • Seqüência de chaveamento
(II)
A A+B B B+C C  C+A A · · ·
(III) • O exemplo aqui mostrado é um motor 
assimétrico de 6 pulsos por revolução
• A superposição de fases em condução 
i di ã ãindica a operação em comutação 
assimétrica
15 – Motores de passo 8
Motor de passo a relutânciaMotor de passo a relutância
• Passo
nmznmz ss 1212
2ou360  
1212
• s  passo
• m  número de fases do estator• m1  número de fases do estator
• z2  número de “dentes” do rotor
• n  1 para comutação simétrica• n  1, para comutação simétrica
• n  2, para comutação assimétrica 
• Motor da transparência anterior:



30
232
360
s
• m1 = 3
• z2 = 2  232• n = 2
15 – Motores de passo 9
Motor de passo híbrido construção em casteloMotor de passo híbrido – construção em castelo
• 50 ranhuras no rotor e 40 ranhuras no estator
15 – Motores de passo 10
Motor de passo híbrido construção em casteloMotor de passo híbrido – construção em castelo
• 50 ranhuras no rotor e 40 ranhuras no estator – passop
 81360360  8,125022 12mzs
• Este motor necessita 200 pulsos por 
revolução (comutação simétrica)
• Ângulos de ranhuras• Ângulos de ranhuras
 180180
2
1
R
R 
 180 21 RR 
• R1  ângulo de ranhura do estatorR1 g
• R2  ângulo de ranhura do rotor
15 – Motores de passo 11
M t d ifi ãMotor de passo – especificação
• Ângulo de passo em graus
• Precisão percentual (erro angular)• Precisão percentual (erro angular)
• Inércia do rotor
• Torque estático máximo• Torque estático máximo
• Velocidade máxima em passos por segundo
• Número de fasesNúmero de fases
• Tensão nominal
• Configuração do acionador eletrônicoConfiguração do acionador eletrônico
• Tipo de motor
• Diâmetro do eixoe o do e o
• Dimensões do motor
15 – Motores de passo 12
Exemplo 15.1. Um motor de passo a ímãs permanentes de dois pólos no 
rotor e duas fases tem os seguintes parâmetros:g p
Passo: 90º
Fluxo por pólo: 0 2 mWbFluxo por pólo: 0,2 mWb
Bobina polar: 1000 espiras
Resistência da bobina: 10 
Tensão nominal: 50 V
Determine o torque máximo desenvolvido pelo motorDetermine o torque máximo desenvolvido pelo motor.
15 – Motores de passo 13
Exemplo 15.2. Um motor de passo a ímãs permanentes de dois pólos no 
rotor e duas fases tem N = 1200 espiras por fase e aciona uma carga de p p g
torque TL = 0,1 N·m. O motor é alimentado com ondas de corrente na forma 
retangular, com amplitude 1,5 A. Apenas uma fase é alimentada por vez. 
Determine o fluxo máximo d necessário para acelerar uma carga de inércia 
J = 1,5·104 kg·m2, desde 1 = 50 rad/s até 2 = 250 rad/s em um intervalo
de 0 08 sde 0,08 s.
iA
iB
15 – Motores de passo 14
Exemplo 15.3. A figura representa uma seção com três cabeças polares de 
um motor de passo a relutância de quatro fases com estrutura em castelo. p q
Cada fase ocupa duas cabeças polares e a defasagem espacial entre fases 
consecutivas é de 45º. O circuito acionador é projetado de forma a excitar 
individualmente cada fase. (a) Determine o passo do motor. (b) Descreva a 
sequência das excitações de fase necessária para girar o rotor no sentido 
h á i d d â lhorário, de modo a percorrer um ângulo 
de 18º. (c) Calcule a ordem de excitação 
das fases e a frequência de excitação dedas fases e a frequência de excitação de 
uma fase, de forma que a máquina gire 
em regime permanente a 120 rpm em g p p
sentido anti-horário. O ângulo entre os 
dentes do rotor é  = 7,2º.
15 – Motores de passo 15
Exercício 15 4 Um motor de passo híbrido bifásico em castelo tem um rotor deExercício 15.4. Um motor de passo híbrido bifásico em castelo tem um rotor de 
duas seções com pólos magnetizados axialmente. O rotor é mostrado na posição em 
que ocupa quando a fase 1 tem corrente positiva. (a) Se a fase 1 é desligada e a fase 
2 é ligada com corrente positiva, qual o deslocamento angular do rotor? Em que 
sentido é este deslocamento? (b) Descreva uma seqüência de excitação das fases 
que resulta em uma rotação uniforme do rotor (c) Determine a freqüência dasque resulta em uma rotação uniforme do rotor. (c) Determine a freqüência das 
correntes de fase necessária para se obter a velocidade de 8 rpm.
Fase 1Fase 1
Polos “SUL” na 
t id dextremidade 
posterior
Polos “NORTE”Polos NORTE 
na extremidade 
frontal
Fase 2