Apostila MCM 13

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ELETRÔNICA INDUSTRIAL
MÓDULO MCM-13/EV
ÍNDICE
Páginas
* LIÇÃO C20: Motor de corrente contínua ...................................................02 
* LIÇÃO C21: Motor síncrono ......................................................................14
* LIÇÃO C22: Motor passo-passo ................................................................22 
APÊNDICE: Data sheets ...............................................................................34 
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LIÇÃO C 20
MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
Objetivos:
Características do motor de corrente contínua;
Sistemas de controle do motor de corrente contínua;
Análise dos diagramas elétricos do acionamento para motor de corrente contínua.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV e Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-13/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
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C20.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS
As magnitudes principais que caracterizam uma máquina elétrica são:
O PAR ( C ) que pode ser:
 - resistente
 - de aceleração
 - de arranque
 - de freio
A VELOCIDADE ( w )
A POTÊNCIA ( P )
Entre as magnitudes anteriores existe um enlace que se obtém de:
P = C . w
A definição das magnitudes anteriores pode ser expressa da seguinte maneira:
PAR: esforço que o motor faz para acionar a máquina. O par pode ser:
- resistente (Cr): é o que a máquina opõe ao movimento.
- de aceleração (Cac): é o que se necessita para levar a máquina até velocidade de operação no tempo desejado. 
- de arranque (Car): está estabelecido pelo par resistente, e o par de aceleração.
Car = Cr + Cac
- de freio: de símbolo oposto aos anteriores, é o que necessita para a desaceleração da máquina até a velocidade desejada. 
VELOCIDADE: é a de rotação da árvore do motor expresso em rad/seg. (w) ou em rev/min (n).
w(rad/seg.) = n (r.p.m.) . 2 ( /60
POTÊNCIA: está expressa pela relação:
P = C . w
Com:
P em W ;
C em N.m
w em rad/seg.
Da relação em questão podemos obter os dois gráficos da figura C20.1, que representam a curva da potência em função da velocidade de par constante, e a curva de par em função da velocidade de potência constante.
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Fig. C20.1
Destes dois tipos de funcionamento podemos dizer que:
Funcionamento de par constante
É o funcionamento necessário em quase a totalidade das aplicações.
O motor não ultrapassa sua velocidade nominal.
Funcionamento de potência constante
É o funcionamento típico, mas acima da velocidade nominal.
O diagrama da figura C20.2 poderá ser realizado supondo como velocidades negativas, aquelas velocidades cujo sentido de rotação é oposto ao sentido, para que a velocidade seja positiva.
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Fig. C20.2
Nos quadrantes 1 e 3 a potência é positiva e corresponde a um funcionamento como “motor” (energia absorvida).
A energia é fornecida pela rede.
Nos quadrantes 2 e 4 a potência é negativa e corresponde a um funcionamento como “gerador”.
A energia é fornecida pela carga.
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C20.2 Motor de c.c. de imãs permanentes
Historicamente os principais tipos de motores elétricos são dois:
- de corrente contínua de imãs permanentes;
- de corrente alternada monofásica ou trifásica.
A vantagem do primeiro tipo em relação ao segundo é o sistema de controle (variação da velocidade de rotação), que é muito simples; portanto, será suficiente variar a tensão média nos extremos do motor, para obter uma variação proporcional a velocidade.
A vantagem principal do motor de corrente alternada é a simplicidade construtiva e a ausência de escovas.
Na figura C20.3 mostra a curva par/velocidade típica do motor de corrente contínua.
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Fig. C20.3
Como podemos observar, o motor de corrente contínua apresenta uma curva praticamente linear, se observa que o par máximo é obtido com velocidade nula e o motor poderá ser controlado para todos os valores de velocidade e pares.
O esquema do motor de corrente contínua em corte na fig. C20.4 é caracterizado por incorporar um estator e um rotor. 
O estator é formado por dois imãs permanentes e o rotor é montado numa estrutura metálica, e em torno dela se enrola a bobina de armadura.
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Fig. C20.4
Já que a bobina está incluída no rotor, é necessário utilizar um sistema que transfira a corrente elétrica do regulador até a bobina.
Para isto, utiliza-se escovas e comutadores, o desenho da fig. C20.5 mostra uma realização típica deste detalhe dos motores de corrente contínua.
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Fig. C20.5
Os problemas ocasionais pelo uso de escovas e comutadores são principalmente a criação de ruído (durante as comutações) e o consumo dos componentes são apresentados durante o uso.
Para a análise da força matriz que realiza o movimento do motor se comparam as leis que descrevem a criação da força dos condutores onde circula a corrente.
Quando em um condutor colocado numa região onde está presente um campo magnético, circula corrente, se submete a uma força cuja intensidade depende do campo magnético, a corrente e o ângulo entre os dois vetores.
Indicando com B o campo magnético, e com I a corrente, obtemos:
F = I x B
onde “x” indica o “produto entre vetores”.
A amplitude do vetor resultante vale:
(F( = (I( . (B( . sen(
onde ( é o ângulo entre os dois vetores I e B.
O vetor resultante F será perpendicular ao plano determinado por B e I, o sentido pode-se determinar mediante a regra da mão direita.
O campo magnético no motor é gerado pelo imã permanente com que está constituído o estator, e a corrente é a que circula na bobina do rotor, as escovas são necessárias para levar a corrente até a bobina, durante seu movimento circular ao redor do estator.
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C20.3 Gerador taquimétrico
Junto com o motor está conectado mecanicamente um segundo motor totalmente similar ao primeiro, mas que funciona como gerador taquimétrico para a detecção da velocidade de rotação do primeiro motor; por conseguinte, ao primeiro chamaremos motor, e ao segundo gerador taquimétrico.
O diagrama de princípio de um gerador taquimétrico é mostrado na fig. C20.6.
Como observamos no desenho, o campo magnético é obtido mediante um imã permanente do tipo em U, cujas expansões polares estão uma em frente a outra.
Considere uma única espira do induzido que gira na velocidade angular w. Esta espira é efetuada pelo fluxo variável, segundo a relação:
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Fig. C20.6
portanto, a tensão nos extremos da espira vale:
e = -d(/dt = (o wsin(wt)
cujo valor máximo é proporcional à velocidade angular.
Na realidade o gerador taquimétrico está formado por um estator onde está o imã permanente e por um rotor em que estão bobinadas N espiras, distanciadas entre si por um ângulo equivalentes a 2 ( /N.
As N espiras fazem referência a um coletor de línguas, e através de duas escovas são extraídas as tensões senoidais induzidas por um lapso de tempo equivalente a 2(/N . w.
Na fig. C20.7 mostra duas curvas da tensão de saída ao variar a velocidade angular, e pode-se observar que tanto a amplitude como a ondulação são funções de w.
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Fig. C20.7
Superposto ao componente contínuo proporcional a w, observamos um componente alternado cuja harmônica fundamental tem uma pulsação proporcional a N . w e cuja amplitude é inversa proporcional a N.
Este componente alternado constitui uma ondulação (ripple) e usualmente é da ordem de alguns valores de porcentagens da tensão de saída.
Devido à comutação, a tensão induzida está superposta por um conjunto de pulsos de freqüência, maior que a ondulação.
É possível suprimireste ruído de comutação utilizando um filtro passa-baixa. Ação difícil de realizar para a ondulação.
O parâmetro fundamental que caracteriza um gerador taquimétrico é a “Constante Taquimétrica”, que expressa a relação entre a tensão de saída do gerador taquimétrico e a velocidade de rotação: é medida em V/(rad . s -1).
Está representada pela relação:
KT = EDT/w
A constante taquimétrica é expressa também em V/r.p.m.
A relação que enlaça as duas constantes taquimétricas é a seguinte:
KT [ V/rad . s -1 ] = 2 ( . KT [ V/rpm]
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A precisão pode ser tanto maior quanto menor na corrente que circula no induzido; para uma relação equivalente a 100, entre a impedância de carga e a impedância interna a precisão será de (0.5%.
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C20.4 Diagramas elétricos
O diagrama geral do controlador para motor de c.c. é mostrado na fig. C20.8.
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Fig. C20.8
Através de RV1 é criada um tensão variável entre 0 e 5 V.
Conectando o jumper J1 esta tensão se conecta a IC1A, que é um amplificador operacional conectado como subtrator; em sua saída (test point 4) está presente um sinal equivalente a diferença entre a tensão de set point (entrada não inversora) e a do conversor de sinal para gerador taquimétrico (entrada inversora).
A saída de IC1A que constitui o sinal de erro do controle automático de elo fechado se conecta com a entrada inversora de IC1B, que constitui o controlador do sistema.
O controlador de tipo PI (Proporcional-Integral) processa o sinal de entrada para reduzir o erro de controle. As constantes de tempo do controlador integral poderão variar-se mudando para capacitor de realimentação (J4 ou J5 conectados), e a constante de proporcionalidade se variará conectando R7 e R8 através de J2 e J3 respectivamente (veja a fig. C20.9).
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Fig. C20.9
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O amplificador IC2 (veja a fig. C20.10) é a etapa de controle dos transistores finais; assume a tensão de saída de IC1B e opera de maneira que no coletor de T2 exista uma tensão equivalente (R9=R10) a da saída de IC1B.
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Fig.C20.10
A tensão da entrada não inversora está conectada na saída do bloco CURRENT MEASURE: este bloco tem a característica de ter uma tensão de saída de 0 V até que a corrente absorvida pelo motor seja menor que 0.5 A, diminui quando este fato não é verificado.
Se a entrada não inversora de IC2 não está em 0 V, a tensão no coletor de T2 não estará no valor previsto.
A saída de IC2 controla através de R11 o transistor T1, que tem a função de polarizar a base de T2 para obter a tensão desejada.
O diodo D1 corta eventuais tensões negativas perigosas para a base de T1.
O transistor T2 tem a função de alimentar o motor, a resistência R15 é o transdutor de corrente e o diodo D2 permite que a corrente do motor também circule quando T2 se bloqueia para reduzir a velocidade de rotação.
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C20.5 Diagrama elétrico CURRENT MEASURE
A figura C20.11 mostra o diagrama elétrico do bloco CURRENT MEASURE.
O “sensor” de corrente está constituído pela resistência R15 (0.1 () cuja tensão, função da corrente que por ela circula, está conectada com o circuito realizado por IC19A e IC19B.
O amplificador IC19A é um inversor com ganho equivalente a -22; o capacitor de 100 nF tem a função de filtrar as oscilações de alta freqüência.
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Fig. C20.11
IC19B amplifica a diferença entre a saída de IC19A e a tensão fixa gerada pelas resistências R36 e R37 (aprox. 1.1 V, o que corresponde a uma corrente de aprox. 0.5 A). 
Se a corrente é menor que o limite estabelecido através do divisor de tensão, a tensão de saída de IC19B será positiva e é bloqueada pelo diodo; neste caso, a tensão do catodo do 
diodo vale 0 V e é também a tensão que se aplica na entrada não inversora de IC2.
Se a corrente absorvida for maior que o valor estabelecido por R36 e R37, a saída de IC19BC torna-se negativa, o diodo conduz, e devido ao alto ganho de IC19B (1+R35/R33) aplica a IC2 uma tensão próxima à de saturação.
Esta tensão limita a tensão do coletor de T2 e por conseguinte a corrente de saída.
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C20.6 Diagrama elétrico TG SIGNAL GENERATOR
Conectando mecanicamente ao eixo do motor se introduz num gerador taquimétrico, cuja saída é filtrada por R16 e C3 (veja a fig. C20.12).
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Fig. C20.12
O bloco TG SIGNAL CONDITIONER realizado pelo amplificador operacional IC2B, processa a tensão filtrada (test point 5).
Através de RV2 é possível variar a tensão de saída do bloco de modo que para 5 V de tensão de set-point no motor esteja presente uma tensão de 6 V.
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C20.7 EXERCÍCIOS
MCM13 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Digitar o código de lição: C20
Retificador monofásico de onda completa com carga resistiva: medida da tensão e a corrente de saída
Montar o circuito que mostra a fig. C20.13; para isto, conectar os jumpers J1, J3 e J4.
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Fig. C20.13
Conectar uma ponta do osciloscópio (cujo terra tem que estar conectado com o GND do circuito) no test point 2 que corresponde ao sinal de entrada do circuito.
Aplicar através de RV1, uma tensão de 3 V no test point 1.
Conectar a segunda ponta do osciloscópio no test point 3 (sinal de realimentação).
Avaliar a diferença entre os dois sinais de entrada do amplificador de erro.
Colocar a primeira ponta do osciloscópio na saída de IC1A, e a segunda na saída de IC1B.
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LIÇÃO C 21
MOTOR SÍNCRONO
Objetivos:
Características do motor síncrono.
Princípios de funcionamento do motor síncrono.
Sistemas de controle do motor síncrono.
Análise dos diagramas elétricos de acionamento para motor síncrono.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulos mod. MU/EV e Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-13/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
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C21.1 MOTOR SÍNCRONO DE INDUTOR ROTATÓRIO
São denominadas síncronas, as máquinas em que a freqüência e a velocidade estão estritamente relacionadas entre si. Incluem alternadores ou geradores síncronos de corrente alternada e motores síncronos, que construtivamente são idênticos aos primeiros. Um alternador pode funcionar como motor síncrono e um motor síncrono como gerador.
Conectando estes condutores e aplicando no lugar do coletor dois ou mais anéis isolados, sobre os quais estão algumas escovas, poderemos obter correntes alternadas com o mesmo sistema indutor de um gerador taquimétrico.
A armadura (induzido) nos alternadores modernos é fixa e o sistema indutor é rotatório (roda polar).
A vantagem desta construção é que a armadura fixa permite isolar com menor dificuldade as bobinas, também para altas tensões de funcionamento, e que a corrente de armadura assume os bornes fixos e não através de anéis de deslocamento, como para o caso de máquinas de induzido rotatório.
Nas máquinas pequenas o indutor é formado por um imã permanente.
Analisando a fig. C21.1 entendemos que quando um condutor está no meio de dois pólos (ou seja, no plano neutro) é sede de uma f.e.m. de valor zero; quando está na frente do centro dos pólos (como em A, B) sua f.e.m. induzida é a máxima e sua direção depende da polaridade do pólo, que passa na frente do condutor neste instante determinado.
A f.e.m. induzida num condutor passa através de um período completo, para uma distância angular dupla do passo polar (distância polar entre os centros de dois pólos consecutivos). 
Entendemos que o número de períodos para cada rotação será igual a “p”, se com “2p” indicamos o número dos pólos; ou seja, o número dos períodos por segundo (freqüência), se “n” for o número de rotações por minuto, se obterá da fórmula: 
f = p . _ n_
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Após ter fixado a freqüência e a velocidade,se fixa também o número dos pólos do alternador.
No gerador taquimétrico, o número dos pólos pode ser escolhido da maneira que preferir , para que o alternador tenha liberdade de escolha após ter estabelecido a freqüência, está limitada pela velocidade; por exemplo, para um gerador síncrono de 50 Hz com dois pólos, a velocidade será de 3000 rotações e com quatro pólos será de 1500 rotações.
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C21.1 Diagrama elétrico
O diagrama elétrico do SYNCHRONOUS MOTOR CONTROL é mostrado na figura C21.2.
A tensão gerada por RV1 se conecta ao VCO IC3 através da conexão do jumper J6: na saída de IC3 se obtém uma tensão cuja freqüência será proporcional à tensão de entrada gerada por RV1.
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Fig. C21.2
O contador IC4 divide entre 25 a freqüência de saída de IC3. O sinal de saída de IC4 constitui o sinal de clock, tanto para IC5 como para IC6. Estes circuitos integrados são dois contadores iguais de 4 bit pré-ajustáveis; ou seja, que podem ser ajustados no nível de cálculo em que o contador arranca.
O contador IC5 começa pelo valor 12, a saída que se assume no segundo bit será baixa nos primeiros dois clock de entrada e alta nos outros dois. A este ponto sai um pulso que volta a introduzir o valor 12 no contador.
Sendo este o contador que estabelece a introdução do valor de partida, pegar como sinal de referência (0( SHIFTER), tanto para IC5 como para IC6.
Quando IC5 gera o pulso de introdução, em IC6 se introduz valor 11 e a saída que está conectada também neste caso no segundo bit, será alta no primeiro pulso de clock, baixa nos dois subseguintes pulsos de clock e, em resumo, baixa durante o quarto pulso: desta maneira se deslocou de 90 graus (90( SHIFTER) a fase deste sinal, em relação à saída de IC5.
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Fig. C21.3
Na figura C21.3 mostra as formas de onda que se acabam de descrever.
Portanto, temos duas tensões de onda quadrada da mesma freqüência, mas uma defasada 90( em relação a outra; para poder aplicá-las ao motor síncrono terão que ser filtradas de modo que da onda quadrada se extraia somente a primeira harmônica. Esta filtração é feita por dois filtros com capacidades comutadas (SCF1 e SCF2).
Os filtros com capacidades comutadas (SCF: Switched Capacitor Filter) são circuitos integrados capazes de realizar diferentes tipos de filtros ativos, como:
- passa-baixa;
- passa-alta;
- passa-faixa;
- supressor de banda. 
 
Nestes circuitos integrados a freqüência do centro da banda e o tipo de filtro se estabelecem por sinais de tipo lógico (ON/OFF) aplicados ao circuito integrado.
Nos filtros passa-faixa tradicionais, realizados com amplificadores operacionais em conexão como integrador, existe o problema de que a amplitude da tensão de saída (ganho do filtro) não é constante ao variar a freqüência do sinal de entrada; é muito difícil a realização de um filtro com freqüência central variável.
Para um filtro integrador (passa-baixa) terá que variar o valor de uma resistência ou o de uma capacitância.
Este inconveniente nos SCF se resolve substituindo a resistência por um capacitor, e agregando dois interruptores.
O diagrama obtido é o da fig. C21.4.
Um sinal de onda quadrada (clock) controla os interruptores S1 e S2.
Durante o pulso positivo do clock, S1 está fechado e C1 se carrega rapidamente no valor da tensão de entrada Vs.
Quando o sinal de clock torna-se baixo, S1 se abre e S2 se fecha. A carga “q” de C1 (que vale Vs.C1) agora se transfere a C2, já que a entrada inversora do amplificador é um ponto de massa virtual.
Esta transferência de carga a C2 para cada período de clock faz com que a tensão nos extremos de C2 varie por passos. Com uma tensão de entrada positiva, a saída diminui a tensões cada vez mais negativas.
Se as capacidades dos dois capacitores não são iguais, o valor da tensão de saída se estabelecerá pela relação entre o valor destes dois componentes.
O circuito integrado incluído no módulo é composto de duas seções iguais, este fato permite obter filtros de ordem superior, simplesmente conectando em série as duas seções.
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Fig. C21.4
O diagrama elétrico de bloco mostra-se na fig. C21.5.
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Fig. C21.5
A freqüência do sinal de entrada, que é a que determina a freqüência central do filtro, é igual à da saída de IC3: a freqüência central do filtro passa-faixa muda ao variar esta freqüência (filtro de sintonia variável).
As características do filtro passa-faixa são:		fnotch = fo = fck / 100
Ganho (a f = fo) = - R3/R1
Q = fo/BW = R3/R2
As duas tensões de saída dos filtros estão amplificadas por dois amplificadores de potência (IC9 e IC10), e são aplicadas nas duas bobinas.
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C21.3 EXERCÍCIOS
MCM13 Desconectar todos os jumpers
SIS1 Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Digitar o código da lição: C21
Análise do controle para motor síncrono
Montar o circuito mostrado na fig. C21.6; para isto, conectar o jumper J6 e levar o seletor abaixo do motor síncrono até a posição SYNCHRONOUS.
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Fig. C21.6
Conectar uma ponta do osciloscópio (cuja terra tem que estar conectado com o GND do circuito) com a resistência R18 (sinal de saída do VCO).
Variar a tensão fornecida através de RV1 na entrada de IC3, e observar a variação da freqüência do sinal conectado em R18.
Avaliar a diferença entre o sinal de entrada de IC4 (pino 1) e a de saída (pino 14).
Q1. Que valor tem a divisão de freqüência efetuada por IC4?
 SET
 A B
 1 3 1
 2 1 10
 3 4 25
 4 2 100
Verificar através do osciloscópio a tensão de entrada de IC5 e IC6 (para ambos pino 2).
Calcular a diferença de fase entre os dois sinais de entrada.
Verificar através do osciloscópio a tensão de saída de IC5 (pino 13-R23) e IC6 (pino 13-R19).
Calcular a diferença de fase entre os dois sinais de entrada.
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Q2. Que valor tem a diferença de fase entre as duas tensões verificadas?
 SET
 A B
 1 2 0
 2 3 (/2
 3 4 (
 4 1 2(/3
Conectar uma ponta do osciloscópio no pino 2 (ou na resistência R23) de IC5.
Conectar a outra ponta do osciloscópio no test point 6. Comparar as duas tensões e observar a ação de SCF2.
Conectar a primeira ponta do osciloscópio no test point 7.
Q3. Que valor tem o ganho de tensão do amplificador final IC9?
 SET
 A B
 1 4 aprox. 1
 2 1 aprox. 2
 3 2 aprox. 5
 4 3 aprox. 10
SIS1 Colocar o interruptor S1 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q4. Se introduzir uma falha no circuito, qual é o bloco que agora não funciona?
 SET
 A B
 1 2 o bloco VCO
 2 3 o bloco COUNTER
 3 4 o bloco SCF1
 4 1 o amplificador IC9.
SIS1 Colocar o interruptor S1 na posição “OFF”
Conectar as duas pontas do osciloscópio nos test point 7 e 8, logo analisar as duas tensões aplicadas nas bobinas do motor.
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C21.4 QUESTIONÁRIO
Q5. O motor síncrono está alimentado com tensões que tem forma de onda:
 SET
 A B
 1 4 contínua.
 2 1 senoidal.
 3 2 digital.
 4 3 triangular.
Q6. Que valor tem a velocidade de rotação de um motor síncrono se tem um par de pólos e está alimentado com uma tensão de 50 Hz de freqüência?
 SET
 A B
 1 2 1000 rpm
 2 4 1500 rpm
 3 1 3000 rpm
 4 3 6000 rpm.
LIÇÃO C 22
MOTOR PASSO-PASSO
Objetivos:
Características do motor passo-passo.
Princípios de funcionamento do motor passo-passo.
Sistemas de controle do motor passo-passo.
Análise dos diagramas elétricos do acionamento para o motor passo-passo.
Material
Unidade básica para sistema IPES (fonte de alimentação mod. PSU/EV, suporte para módulosmod. MU/EV e Unidade de Controle Individual mod. SIS1/SIS2/SIS3);
Módulo de experimentação mod. MCM-13/EV;
Gerador de funções;
Osciloscópio de traço duplo;
Multímetro digital.
 
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C22.1 CONSIDERAÇÕES GERAIS
Um motor passo-passo é um dispositivo eletromecânico cuja eixo gira por passos discretos, seguindo os pulsos de comando em número e velocidade.
Se adapta muito bem a aplicações que utilizam um controle do tipo digital.
É simples o modo de utilização porque não necessita de realimentação, a precisão e a rapidez do posicionamento determinarão uma grande difusão, sobretudo para as seguintes aplicações:
- periféricos para PC, como: impressoras, leitores de fita perfurada, plotters, etc.;
- máquina ferramenta;
- equipamentos cinematográficos para o transporte do filme e a abertura do objetivo;
- equipamentos para análise médico;
- automatizações industriais (indústria têxtil, farmacêutica, eletrônica);
- controle de processos;
- máquinas para oficina;
- instrumentos de medida.
A difusão atual dos motores passo-passo está relacionada com o êxito dos controladores digitais nestes últimos anos e dos controladores de microprocessador mais recentes.
C22.2 PRINCÍPIOS DE OPERAÇÃO
A posição do eixo de um motor passo-passo depende da relação entre o número dos pólos do estator e do rotor.
Já que o rotor é um imã permanente, seus pólos são fixos; o estator está formado por várias bobinas e seus pólos dependem da corrente que circula em suas bobinas.
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Alimentando em seqüência as bobinas cria-se um campo magnético rotatório que segue o rotor.
A velocidade de rotação está determinada pela velocidade que se comuta as bobinas, e o sentido de rotação é determinado pela seqüência de comutação particular.
Existem dois métodos de controle dos motores passo-passo, com base no sistema utilizado para a inversão da corrente em suas bobinas: controle unipolar e controle bipolar.
Na figura C22.1 mostra o esquema de um motor passo-passo com o rotor formado só por um imã e com o estator formado por duas bobinas com tomada central.
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CONTROLE UNIPOLAR
Fazendo referência ao diagrama do motor passo-passo mostrado na fig. C22.1, conectar as tomadas centrais das bobinas no pólo positivo da fonte de alimentação e , com base no diagrama da fig. C22.2, comutar a corrente nos outros extremos das bobinas.
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Fig. C22.2
Podemos observar que a seqüência se repete para cada 4 intervalos de tempo.
Durante estes 4 intervalos o rotor alcança respectivamente as posições mostradas na fig. C22.3.
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Fig. C22.3
Observa-se que o rotor executa uma rotação completa a cada 4 intervalos.
Este tipo de controle denomina-se unipolar de onda.
O termo unipolar se refere ao fato de que a corrente circula na bobina sempre no mesmo sentido.
Existe o controle de duas fases que respeita o diagrama da fig. C22.4.
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Fig. C22.4
A rotação do rotor é feita em 4 passos (fig. C22.5).
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Fig. C22.5
Em relação ao caso anterior, em cada intervalo se efetuam duas bobinas; portanto, o instante de torque é maior, mas a potência dissipada é maior.
Se as bobinas do motor passo-passo estão alimentadas com base na seqüência do controle de onda, após cada passo, ou seja, após o passo de uma posição de equilíbrio na subseguinte, os pólos do rotor e do estator estarão alinhados.
Pelo contrário, no controle de duas fases os pólos do rotor são colocados numa posição intermediária entre dois pólos do estator.
Revezando os dois sistemas de controle se obtém o funcionamento de meio passo (fig. C22.6).
As posições de equilíbrio para o rotor são as que se mostram na fig. C22.7.
O controle de meio passo encontra aplicação quando necessita reduzir os fenômenos de ressonância que se manifestam durante o funcionamento do motor.
O rotor e a carga conectada no eixo estão dotados de inércia, para cada passo o rotor tende a oscilar ao redor do ponto de equilíbrio.
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Fig. C22.6
Fig. C22.7
Depois de uma certa freqüência de operação, que depende das características do motor e da carga, a amplitude de oscilação faz com que o rotor não consiga alcançar a posição de equilíbrio antes da chegada do passo subseguinte. Portanto, o motor perde o passo.
No funcionamento de meio passo as freqüências de ressonância estão fora da zona de operação do motor, na qual se obtém um melhoramento da característica de funcionamento. A fig. C22.8 mostra o instante de torque na função de freqüência:
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Fig. C22.8
Toques e cargas inerciais colocam limites nas velocidades de start e stop, como mostra a fig. C22.9.
 
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Fig. C22.9
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C22.3 Descrição elétrica dos circuitos
O circuito STEPPER MOTOR CONTROL tem três modos diferentes de funcionamento: manual, contínuo e start-stop.
O modo manual (veja a fig. C22.10) se obtém conectando o jumper J16 com o que se conecta na entrada do COUNTER IC16 o sinal gerado manualmente através do pulsador MANUAL: para cada pulso gerado o motor avança um passo.
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Fig. C22.10
O modo contínuo se obtém conectando J7, J9, J12 e J15: com este circuito se obtém na saída de IC11B o mesmo valor de tensão gerado por RV1, o VCO (IC15) converte esta tensão numa seqüência de pulsos (cuja freqüência depende propriamente do valor da tensão de entrada). O circuito formado por IC11A e IC11B introduz algumas rampas quando existem variações bruscas na tensão de entrada, o que permite que o motor não perda passos.
O modo start-stop se realiza conectando os jumpers J8, J9, J11, J15; deste modo, ao pulsar START o circuito COUNTER recebe 900 pulsos (o cálculo realiza IC13 e IC14). Passando através de IC11A e IC11B o sinal se processa introduzindo as rampas de aceleração e desaceleração. O jumper J11 garante que o VCO se desabilite ao alcançar o valor pré-fixado. O motor tem a característica de efetuar 1 rotação a cada 200 pulsos, sendo que com 900 pulsos efetuará 4,5 rotações.
Para qualquer sistema que utiliza o COUNTER, o circuito será comum nas diferentes seleções.
Através de J13 e J14 (UP/DW) se seleciona o sentido de rotação do motor, e com os jumpers J17 e J18 é decidido se o controle será de passo inteiro ou de meio passo.
O circuito IC17 (veja a fig. C22.11) é um decodificador BCD-decimal; portanto, a entrada aceita um determinado BCD e a saída gera 10 bit, dos quais estará no nível lógico alto somente o que corresponde a cifra decimal conectada na entrada da forma BCD. Dos bit de saída quando se realiza um controle de passo inteiro serão significativos só os quatro primeiros, e quando se realiza um controle de meio passo serão significativos os oito primeiros.
Dos bit de saída do COUNTER serão significativos os primeiros, dois no caso de passo inteiro e os três primeiros no caso de meio passo.
Através de J17 e J18 será escolhido se colocar este bit em 0 ou se conectar ao contador.
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Fig. C22.11
A saída de IC17 é processada pelos dois blocos seguintes: FULL STEP E HALF STEP.
O bloco FULL STEP assume os primeiros 4 bit (D0-D8) de IC17 e os conecta (através de J19, J20, J21 e J22) a 4 amplificadores que controlam as bobinas do motor.
O bloco HALF STEP assume os primeiros 8 bit (DO-D8) de IC17 e os processa com base no diagrama da figura C22.12. As saídas do bloco se conectam (através de J23, J24, J25 e J26) aos 4 amplificadores analisados anteriormente para o controle das bobinas do motor.
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Fig. C22.12
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FORMAS DE ONDA DOS SINAIS DE ENTRADA E SAÍDA
Unipolar de passo inteiro (1 fase)
Neste caso os sinais de saída são iguais aos de entrada
Sinais de saída:
 
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Unipolar de meio passo
Sinais de entrada�
C22.4 EXERCÍCIOS
MCM13 Desconectar todos os jumpers
SISI Colocar todos os interruptores na posição “OFF”
SIS2 Digitar o código da lição: C22
Controle para motor passo-passo com controle de passo inteiro
Conectar os jumpers J16 e J12 (funcionamento manual), J13 (cálculo por diante), J18, J19, J20 e J22 (funcionamento de passo inteiro).
Levar o seletor abaixo do motor passo-passo na posição STEPPER.
Pressionar várias vezes o pulsador MANUAL, e observar a seqüência onde se acendem os leds colocados na saída do bloco BCD TO DECIMAL, e dos amplificadores finais. Lembre-se que um led aceso na saída do amplificador final indica a circulação de corrente na bobina.
Desconectar o jumper J13 e conectar o J14 para a inversão do sentido de rotação.
Pressionar várias vezes o pulsador MANUAL, e observar a seqüência onde se acendem os leds colocados na saída do bloco BCD TO DECIMAL, e os colocados na saída dos amplificadores finais.
SIS1 Colocar o interruptor S4 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
Q1. Se introduzir uma falha no circuito, qual é o bloco que não funciona?
 SET
 A B
 1 4 o decodificador BCD TO DECIMAL.
 2 1 o COUNTER.
 3 2 o pulsador MANUAL.
 4 3 o bloco FULL STEP.
SISI Colocar o interruptor S4 na posição “OFF”
Desconectar o jumper J16 e conectar os jumpers J15, J7 e J9 (funcionamento contínuo).
Variar a tensão fornecida através de RV1 e observar a variação da freqüência gerada por VCO.
�
Q2. Qual é a lei que varia a freqüência de saída do VCO na função da tensão de RV1? 
 
 SET
 A B
 1 2 linear.
 2 3 quadrática.
 3 4 exponencial.
 4 1 senoidal.
Desconectar os jumpers J7, J12 e conectar os jumpers J8 e J11(funcionamento start-stop).
Pressionar START e esperar que o motor pare novamente. 
Conectar uma ponta do osciloscópio no pino 7 de IC11B e observar a evolução da tensão de entrada do VCO ao pressionar START.
Controle para motor passo-passo com controle de meio passo
Conectar os jumpers J16 e J12 (funcionamento manual), J13 (cálculo mais a frente), J17, J23, J24, J25 e J26 (funcionamento de meio passo).
Levar o seletor abaixo do motor passo-passo na posição STEPPER.
Pressionar várias vezes o pulsador MANUAL, e observar a seqüência onde se acendem os leds colocados na saída do bloco BCD TO DECIMAL e os na saída dos amplificadores finais. Lembre-se que um led ligado na saída do amplificador final indica a circulação de corrente na bobina.
Desconectar o jumper J13 e conectar J14 para a inversão do sentido de rotação.
Pressionar várias vezes o pulsador MANUAL, e observar a seqüência onde se acendem os leds colocados na saída do bloco BCD TO DECIMAL e os na saída dos amplificadores finais.
Q3. Que processo sofrerão as saídas do bloco BCD TO DECIMAL para que se acenda o led correspondente a bobina A?
 SET
 A B
 1 2 função OR entre os bits D1, D2 e D3.
 2 3 função AND entre os bits D1, D2 e D3.
 3 4 função OR entre os bits D1e D2.
 4 1 função AND entre os bits D1e D2.
Desconectar o jumper J16 e conectar os jumpers J15, J7 e J9 (funcionamento contínuo).
Variar a tensão fornecida através de RV1, e observar a variação da freqüência gerada pelo VCO.
SIS1 Colocar o interruptor S11 na posição “ON”
SIS2 Pressione “INS”
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Q4. Se introduzir uma falha no circuito, qual é a irregularidade que se verifica?
 SET
 A B
 1 4 a tensão gerada por RV1 vale sempre 0 V.
 2 1 o VCO não oscila.
 3 2 o contador COUNTER não incrementa suas saídas.
 4 3 o amplificador de saída da bobina A não funciona.
SIS1 Colocar o interruptor S11 na posição “OFF”
Desconectar os jumpers J7, J12 e conectar os jumpers J8 e J11 (funcionamento start-stop).
Pressionar START e esperar que o motor pare novamente.
Conectar uma ponta do osciloscópio no pino 7 de IC11B e observar a evolução da tensão de entrada do VCO ao pressionar START.
Q5. Porque o motor que necessita de 200 passos para realizar uma rotação com 900 pulsos realiza só 2 rotações mais ¼ de rotação?
 SET
 A B
 1 2 porque o decodificador BCD TO DECIMAL não funciona.
 2 3 porque o motor perde a metade dos passos.
 3 4 porque as rampas de subida e descida na aceleração e desaceleração estão demasiada inclinadas.
 4 1 porque o motor está funcionando com um controle de meio passo e de meio percurso realizado.
C22.5 QUESTIONÁRIO
Q6. Qual a característica principal do motor passo-passo?
 SET
 A B
 1 2 girar seu próprio eixo numa quantidade fixa para cada pulso de controle.
 2 4 aumentar a velocidade de rotação para cada pulso de controle.
 3 1 variar a posição do eixo proporcionalmente na amplitude dos pulsos.
 4 3 variar a velocidade de rotação proporcional à tensão contínua de entrada.
Q7. Que situação se apresenta durante o controle de meio passo?
 SET
 A B
 1 4 sempre circula corrente em uma única bobina.
 2 3 sempre circula corrente em duas bobinas simultaneamente.
 3 2 circula corrente em uma única bobina durante um pulso, e durante o sucessivo circula em duas bobinas.
 4 1 para cada pulso em todas as bobinas circula corrente no sentido oposto.
APÊNDICE
DATA SHEETS
. TL082
. CD4046
. CD40103
. 74161
. MF10
. L165
. CD40106
. 74160
. CD40102
. CD4028
. CD4029
. CD4071
 
Fig. C21.1
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