motor de passo principio, tipos, aplicaçoes

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Máquinas de corrente contínua: Motor de passo
Guilherme, Julio Cezar, Mario Ricardo, Vinicius
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE- FURG
CENTRO DE CIÊNCIAS COMPUTACIONAIS- C3
GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE AUTOMAÇÃO
Introdução
Inventado pelo engenheiro francês Marius Lavet em 1936;
Surgiu da dificuldade de controle do motor DC para rotações precisas;
Possui alta precisão.
Motor de passo.
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Características
Não possui escovas;
Independência da carga;
Posicionamento em malha aberta;
Torque Estacionário;
Excelente resposta a partida, parada e a reversão de movimento.
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1. Inexistência de escovas – os motores de passo não possuem escovas.
Os comutadores e escovas dos motores convencionais são os componentes que
apresentam a maioria das falhas e ainda podem criar arcos que são indesejáveis e
perigosos em alguns ambientes.
2. Independência da carga – os motores de passo giram com um uma
dada velocidade independentemente da carga, desde que a carga não exceda o torque
do motor.
3. Posicionamento em malha aberta – Os motores de passo se movem com
incrementos ou passos que podem ser quantificados. Desde que o motor funcione com
o torque especificado, a posição do eixo é conhecida a todo tempo sem necessidade de
um mecanismo de realimentação.
4. Torque Estacionário – Os motores de passo são capazes de manter o eixo
estacionário, desde que o seu torque seja respeitado.
5. Excelente resposta a partida, parada e a reversão de movimento
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Tipos de motor de passo
Quanto a estrutura:
Imã permanente;
Relutância Variável;
Híbrido.
Quanto ao modo de operação:
Unipolar;
Bipolar.
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Imã permanente: Princípio de funcionamento
Estrutura motor de passo com imã permanente.
Rotor é constituído por imãs permanentes.
 Passos típicos de 7, 5° a 15° (48 - 24 passos/revolução).
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Imã permanente: Princípio de funcionamento
Funcionamento motor de passo com imã permanente.
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Imã permanente: Princípio de funcionamento
Animação motor de passo com imã permanente.
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Imã permanente: Princípio de funcionamento
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Relutância Variável: Princípio de funcionamento
Estrutura motor de passo com relutância variável.
Rotor dentado feito de material ferro magnético.
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Relutância Variável: Princípio de funcionamento
Funcionamento motor de passo com relutância variável.
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Relutância Variável: Princípio de funcionamento
Animação motor de passo com relutância variável.
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Relutância Variável: Princípio de funcionamento
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Híbrido: Princípio de funcionamento
Estrutura motor de passo híbrido.
Mistura a mecânica mais sofisticada do motor de relutância variável com a potência do ímã permanente no eixo, dando um torque maior com maior precisão nos passos, que podem variar entre 3,6° e 0,9° graus(100-400 passos por volta).
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Híbrido: Princípio de funcionamento
Eixo de um motor de passo híbrido.
O eixo do motor é construído com dois grupos de dentes, um com o POLO SUL saliente e o outro com o POLO NORTE, de modo que os dentes fiquem alternados.
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Possuem uma derivação central em cada enrolamento, geralmente o terminal positivo, e as extremidades são comutadas ao terra, assim invertendo o campo gerado e logo os polos;
Apresentam duas bobinas por fase, uma para cada sentido da corrente;
Permite inverter um polo sem comutar a corrente, por exemplo com um transistor;
Possuem três ligações por fase;
Com 6 ou 8 ligações, consegue funcionar com excitadores bipolares.
Ligações e polos do motor unipolar.
Motores de Passo Unipolares
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Possuem um único enrolamento por fase, cujo o sentido da corrente precisa ser invertido para alterar um polo magnético e permitir um passo;
Apresenta maior torque, pois utiliza integralmente os enrolamentos;
Possuem duas ligações por fase, nenhuma em comum;
Necessita de um arranjo de ponte H para a inversão da corrente.
Ligações e polos do motor bipolar.
Ponte H.
Motores de Passo Bipolares
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É um circuito que permite controlar a polaridade da tensão que atinge o motor.
Atua com chaves (transistores, relés, MOSFETs, etc.) que determinam o sentido da corrente.
Deve incluir componentes de proteção, como diodos entre as chaves para absorver a tensão reversa na comutação das chaves, portas lógicas para evitar situações de curto nas chaves, etc.
O controle do sentido que o motor gira, bem como a velocidade, depende da configuração das chaves.
Circuito integrado – L293D - Texas Instruments
Ponte H
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Modos de acionamento
Depende de como se deseja controlar;
Para escolher o mais indicado, deve-se levar em consideração fatores como o torque desejado, velocidade, economia de energia, entre outros;
Cada aplicação possui um modo de acionamento mais eficiente.
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Passo Completo (“Full Step”)
Modo Wave
Somente uma bobina é ativada por vez;
Como liga apenas uma bobina por vez, garante economia de energia, porém, o torque é reduzido. 
Motor de passos (modo full step, wave).
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Passo Completo (“Full Step”)
Modo Normal
Fornece um torque muito mais alto, porque, em qualquer instante, sempre haverá duas bobinas ativas;
A resolução do motor continua a mesma, ou seja, mantém o número de passos requeridos para um ciclo completo;
Consumo de energia elétrica duas vezes maior que do modo wave.
Motor de passos (modo full step, normal).
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Passo Completo (“Half Step”)
Modo Normal
É uma combinação dos outros dois modos;
Aumenta a resolução do motor de passos, dobra-se a resolução com uma mesma construção;
Uma bobina é ativada (um passo), depois duas, depois uma, e assim em diante;
O torque disponível é limitado pelo passo mais fraco, porém haverá uma melhoria significativa na suavidade do movimento a baixas velocidades comparado com o Full Step.
Motor de passos (modo half step).
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Micropasso (“Microstepping”)
Modo Normal
Método mais comum nos dias de hoje;
As bobinas são alimentadas por uma corrente controlada por variáveis, de forma de onda senoidal;
Requer circuitos de acionamentos complexos;
Fornece um movimento suavizado do rotor, diminui desgaste das partes e aumenta a precisão do motor de passos.
Motor de passos (modo micropassos).
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Acionamentos motor de passo
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Pontos Fortes
Seguem uma lógica digital;
Alta precisão em seu posicionamento;
Precisão no torque aplicado;
Excelente resposta a aceleração e desaceleração.
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Os motores de passos seguem uma lógica digital. Seu acionamento é feito através de pulsos elétricos, os quais ativam sequencialmente as bobinas, fazendo o rotor se alinhar com essas, dessa forma provocando o deslocamento do rotor. 
O posicionamento dos motores de passos é preciso pois o rotor irá se movimentar em ângulos determinados, cujo erro de posicionamento é pequeno e não-cumulativo.
- As variações no torque aplicado por um motor de passos são pequenas, de acordo com seu funcionamento. 
- Os motores de passo possuem uma ótima resposta a acelerações e desacelerações. Devido ao movimento do motor de passos ser resultado das ativações em sequencia das bobinas, a resposta para tais acelerações e desacelerações é rápida pois o rotor se alinha rapidamente com as bobinas que se encontram energizadas.
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Pontos Fracos
Baixo desempenho em altas velocidades;
Requer certo grau de complexidade para ser operado;
Ocorrência de ressonância por controle inadequado.
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Baixo desempenho em altas velocidades: O aumento de rotações no motor de passo (sua aceleração) é gerado pela variação no tempo entre o acionamento de uma bobina e a seguinte. Entretanto é necessário um rápido chaveamento de um solenoide energizado para outro de forma que tal velocidade seja mantida, o que muitas vezes é complexo e pouco eficiente. 
• Requer certo grau de complexidade para ser operado: Pelo fato de usar uma lógica digital não basta apenas ligar o motor de passo a uma fonte de energia que o mesmo começará a girar sem parar. Sua complexidade reside no fato de ser necessário um aparato para controlá-lo ativando sequencialmente seus solenoides. O
“custo computacional” e a complexidade do dispositivo de controle cresce a medida que o numero de passos aumenta, uma vez que mais passos requerem um maior o numero de terminais(fios) a serem ativados e controlados. 
• Ocorrência de ressonância por controle inadequado: Como todos os objetos que existem, o motor de passo também tem uma frequência de ressonância. Caso as revoluções do mesmo se deem nesta frequência, este pode começar a oscilar, aquecer e perder passos. Este problema pode ser contornado
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Comparativo entre motores CC
Comparação de motores CC.
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1- Motores de Passo perdem passos em altas velocidades, já servos motores conseguem altas rotações por usarem para movimentar-se da mesma forma que os motores de corrente continua.
 2- Motores de corrente continua e servos motores não conseguem se manter em uma posição fixa quando ligados, apenas o motor de passo tem essa característica. 
3- Motores de corrente continua apenas precisam ser ligados para começar a funcionar, enquanto motores de passo requerem pulsos em determinada ordem para se movimentar. o que requer um driver para controlar esse motor. Servomotores, no entanto requerem um hardware mais complexo que analise dados como posicionamento e velocidade e envie as instruções de forma que o motor vá para a posição requerida.
 4- Motores de Corrente Contınua não possuem nenhum controle de posicionamento; os Motores de Passo podem ser controlados de forma a fazer movimentos discretos (passos); Servo-Motores podem fazer movimentos mais suaves que Motores de Passo (possuem maior resolução), bem como é possível fazer um controle de posicionamento com o mesmo.
 5- Motores de passo são extremamente duráveis uma vez que não usa escovas ao contrario de Motores de Corrente Contınua ou Servomotores (que é um Motor de Corrente Contínua com controle de posicionamento). Este ultimo ainda pode ter problemas com o aparato ótico que faz o controle do posicionamento (encoder).
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Aplicações
CNC.
Braço robótico.
Impressora.
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Aplicação Recomendada O motor de passo é recomendado no uso em equipamentos que exigem um posicionamento preciso de erro pequeno e não cumulativo. Podemos citar tais exemplos como scanners, impressoras, bem como certos dispositivos robóticos que não requerem “retorno” do posicionamento. Também podemos citar exemplos que requerem rápida aceleração e desaceleração, mais uma vez inferindo aos motores de impressoras e dispositivos robóticos que efetuam movimentos rápidos e precisos, tais quais um motor de passo pode oferecer.
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Referências
O que são Motores de Passo ,
http://www.geocities.com/CollegePark/Dorm/8863/motordepasso.htm
Motor de Passo ,
http://pessoal.cefetpr.br/brero/sist micro/aula motor passo/motor%20de%20passo 10.pdf
Servo vs. stepper motor ,
http://www.woodweb.com/knowledge base/Servo vs stepper motors.html
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