Um posicionamento pouco fiável nas máquinas leva ao desperdício de recursos e a tempos de paragem dispendiosos. Sem motores passo a passo, o controlo de precisão é prejudicado. A solução: compreender os seus princípios e aplicações.

Os motores passo a passo são dispositivos electromecânicos que convertem impulsos eléctricos em movimentos mecânicos discretos, oferecendo um controlo preciso da posição e da velocidade sem necessitar de sistemas de feedback complexos.

Continue a ler para descobrir os fundamentos e as utilizações práticas dos motores passo a passo.

Noções básicas sobre motores de passo

Os motores de passo são uma categoria de motores DC sem escovas que se movem em incrementos angulares fixos, também conhecidos como passos. Cada passo corresponde a um impulso elétrico específico recebido pelo motor. Ao contrário dos motores convencionais que rodam continuamente, os motores passo a passo movem-se de forma incremental, permitindo um controlo preciso da posição angular sem necessidade de sensores ou codificadores em sistemas de circuito aberto.

Esta capacidade de passo única torna-os populares em indústrias que exigem precisão, como a robótica, a impressão 3D, os dispositivos médicos e a maquinaria CNC. Os motores passo a passo funcionam de forma fiável a baixas velocidades com binário total, o que os torna superiores em tarefas em que a precisão supera a velocidade bruta. No entanto, ao contrário dos servomotores, podem perder a sincronização a velocidades muito elevadas ou sob cargas pesadas se não forem corretamente geridos.

Princípios de funcionamento do motor passo a passo

O princípio de funcionamento dos motores passo a passo baseia-se em indução electromagnética e energização sequencial dos enrolamentos do estator. O estator contém várias bobinas dispostas em fases. Quando uma fase é energizada, ela produz um campo magnético que atrai os dentes do rotor. Ao energizar as fases numa sequência específica, o rotor move-se passo a passo.

O tamanho de cada passo depende da conceção do motor, variando normalmente entre 0,9° e 1,8° por passo. Os motores de passo podem funcionar nos modos de passo completo, meio passo ou micro-passo. O micro-passo divide cada passo em incrementos mais pequenos, aumentando a resolução e a suavidade e reduzindo as vibrações.

Este movimento preciso e incremental permite um posicionamento exato, razão pela qual os motores passo a passo são frequentemente utilizados em sistemas de controlo de circuito aberto, onde não são necessários dispositivos de feedback.

Tipos e construção de motores de passo

Os motores passo a passo existem em vários modelos, cada um optimizado para aplicações específicas. Os três tipos principais são:

1. Motores passo a passo de ímanes permanentes (PM):
   Utilizar ímanes permanentes no rotor. Proporcionam um binário reduzido, mas são simples e económicos.

2. Motores passo a passo de relutância variável (VR):
   Utilize um rotor de ferro macio sem ímanes permanentes. São rápidos e precisos, mas geram um binário inferior.

3. Motores de passo híbridos:
   Combinam as caraterísticas dos motores PM e VR. São o tipo mais utilizado, oferecendo um binário elevado, precisão e fiabilidade.

Em termos de construção, os motores passo a passo são constituídos por um rotor (com dentes ou ímanes), um estator com vários enrolamentos, rolamentos e uma caixa. Os projectos híbridos incluem frequentemente binário de retençãoO rotor é mantido em posição mesmo quando não está a ser alimentado, o que o torna ideal para aplicações como impressoras e máquinas-ferramentas.

Controlo do motor de passo

O controlo dos motores passo a passo envolve o envio de impulsos eléctricos para o controlador do motor, que por sua vez energiza os enrolamentos do motor na sequência correta. A frequência destes impulsos determina a velocidade do motor, enquanto o número de impulsos define o ângulo de rotação.

Existem vários modos de controlo:

• Acionamento por onda (monofásico ligado): Apenas um enrolamento é ativado de cada vez. Simples mas de baixo binário.

• Passo completo (Duas fases ligadas): Dois enrolamentos energizados, produzindo um binário mais elevado.

• Meio passo: Alterna entre uma e duas fases energizadas. Proporciona um movimento mais suave.

• Micro-Stepping: Utiliza o controlo de corrente de onda sinusoidal para um movimento ultra-suave e vibrações reduzidas.

Os sistemas de controlo podem ser de circuito aberto (mais simples e mais baratos) ou de circuito fechado (utilizando feedback para evitar passos em falso). Os controladores de passo modernos integram frequentemente controladores com base em microprocessador para funcionalidades avançadas.

Técnicas de acionamento do motor de passo

As técnicas de condução são essenciais para otimizar o desempenho do motor. Os métodos mais comuns incluem:

1. Acionamento de tensão constante: Método mais simples, mas limitado pela indutância do enrolamento.

2. Chopper Drive de corrente constante: Amplamente utilizado, mantém a corrente constante para otimizar o binário e a eficiência.

3. Condução L/R: Redes básicas de resistências-capacitores para controlar o decaimento da corrente.

4. Acionamento bipolar vs unipolar:

   • Unipolar Os motores são mais fáceis de controlar mas menos potentes.

   • Bipolar proporcionam um binário mais elevado, mas exigem circuitos de acionamento mais complexos.

Os condutores avançados também utilizam caraterísticas como modos de decaimento actuais (lento, rápido, misto) para aumentar a velocidade, a precisão e o binário. Isto torna os motores passo-a-passo adaptáveis a uma vasta gama de aplicações, desde a pequena eletrónica à automação industrial.

Vantagens e desvantagens dos motores passo a passo

Vantagens:

• Elevada precisão e repetibilidade.

• Controlo simples em circuito aberto (não é necessário feedback).

• Bom binário a baixa velocidade.

• Acessível e robusto.

Desvantagens:

• Capacidade limitada de alta velocidade.

• Ressonância e vibração a determinadas velocidades.

• Menor eficiência em comparação com os servomotores.

• Possível perda de passo em modo de circuito aberto sob carga pesada.

Estes prós e contras devem ser cuidadosamente considerados quando se selecionam motores passo a passo para aplicações que requerem precisão versus alta velocidade e binário.

Usos e aplicações do motor de passo

Os motores passo a passo são utilizados numa grande variedade de indústrias devido à sua precisão, rentabilidade e versatilidade. Alguns exemplos incluem:

• Impressoras e scanners: Alimentação de papel e posicionamento da cabeça de impressão exactos.

• Máquinas CNC: Operações de corte e de fresagem de precisão.

• Impressoras 3D: Movimento suave camada a camada das cabeças de impressão.

• Robótica: Controlo de posição em braços robóticos e actuadores.

• Equipamento médico: Sistemas de imagiologia e bombas de fluidos.

• Maquinaria têxtil: Mecanismos precisos de alimentação do tecido.

• Aeroespacial: Posicionamento e instrumentação por satélite.

Na automação moderna, os motores passo-a-passo continuam a ser a escolha preferida para tarefas que requerem um binário moderado, um posicionamento preciso e uma boa relação custo-eficácia.

Conclusão

Os motores passo a passo proporcionam uma precisão e flexibilidade fiáveis, alimentando eficazmente as indústrias, desde a robótica aos dispositivos médicos.Para mais informações, contactar [email protected]