Série Motores: Introdução ao Motor de Passo

Atenção fazedores! Hoje vamos começar uma nova série de posts sobre um assunto muito legal. Bem, o protagonista dessas histórias que vamos contar, são os motores. Todos nós já sabemos que eles são peças fundamentais para funcionamento de alguns projetos, por exemplo robôs, impressoras, scanners, brinquedos, projetos de automação industrial, entre outros. E é pensando na importância desse dispositivo que iniciamos essa série.

Hoje iremos falar sobre o Motor de Passo. Para quem não conhece, esse é um tipo de motor  usado em projetos que necessitam de movimentos  precisos. Isso porque ele permite ser controlado através do angulo de rotação, da velocidade, da posição e do sincronismo. Bem legal, não? Vamos aprender mais sobre ele? Então vamos lá!

Como Funciona

Para começar  entender o funcionamento de um motor de passo, primeiro precisamos entender qual é  seu tipo e depois como é sua estrutura. Então vamos lá!

• Tipos: Os motores de passo podem ser do tipo Unipolar, quando este possui dois enrolamentos por fase, sendo um para cada sentido, ou do tipo Bipolar, quando ele tem apenas um enrolamento por fase.
• Estruturas: Existem 3 tipos de estrutura desses motores, sendo o motor de passo de Relutância variável, que possui um rotor com várias polaridades e estator com enrolamentos. O motor de Imã Permanente como próprio nome diz,  possui um imã fixo no eixo do rotor. E por ultimo o motor Híbrido, que possui um rotor multi-dentado e um imã permanente no seu eixo.

Bem, agora já conhecemos quais são as estruturas e os tipos de motores de passo, então podemos passar para próxima parte, onde vamos entender exatamente como ele funciona. Vale lembrar que todos eles partem do mesmo princípio de funcionamento, que é a indução das bobinas para atração do rotor.

Para tornar o entendimento do funcionamento do motor mais simples, adotamos a estrutura de Imã permanente para mostrá-lo. Veja:

A estrutura deste motor é  composta por um rotor que possui um imã permanente acoplado em seu eixo e 4 bobinas conhecidas como solenóides. Essas são as responsáveis para que aconteça a rotação no motor, pois o rotor se alinha a medida que as energizamos. Para que isso fique mais claro, separamos as 3 principais formas de funcionamento do motor de passo. Veja:

• Passo Completo ou “Full-Step” simples:

 

Este é o método mais simples de todos, pois as bobinas são induzidas uma a uma com campo magnético de polo Sul. Essa indução faz com que o polo Norte do imã que está acoplado com o rotor, se alinhe com a bobina induzida. Dessa forma haverá o giro do rotor, uma vez que as bobinas sejam ativadas sequencialmente, podendo ser em sentido horário ou anti-horário.

• Passo Completo ou “Full-Step” com duas bobinas:

 

 

Este método tem quase o mesmo funcionamento do anterior. A diferença é que enquanto o anterior usava apenas uma bobina para atrair o rotor, este usa duas para cada passo. Dessa forma o rotor irá se posicionar exatamente no meio das duas solenóides que foram ativadas, porém ele continuará com a quantidade de passos do método anterior. Está lógica de funcionamento possui algumas características diferente da anterior, pois agora possui um torque de 30 a 40% maior e  gasta o dobro de energia. A única semelhança que elas tem é que continua com a mesma velocidade.

•  Meio passo ou “Half-Step”:

 

Podemos observar que este método dobra a quantidade de passos em relação aos anteriores. Isso acontece porque ele induz primeiro apenas uma bobina e em seguida ele induz duas, fazendo com que o rotor tenha dois posicionamentos para cada solenóide, gerando um efeito de meio passo. Essa lógica possui uma características que nenhuma das anteriores tem , que é a possibilidade de ter uma maior precisão para fazer controle. Porém seu torque é maior que o primeiro método e menor que o segundo, possui um gasto de energia maior que todos e apresenta a menor velocidade entre eles.

Vantagens e Desvantagens

Antes de usar um motor de passo,é muito importante saber se realmente é este motor que você precisa em seu projeto. Pois apesar dele ser um dispositivo com várias vantagens, ele possui várias desvantagens também. Veja quais são elas:

Vantagens:

• Lógica Digital:  O motor de passo funciona através de lógicas digitais, pois é através do acionamento em sequência das bobinas que se consegue adquirir movimento.
• Precisão no Posicionamento:  Como o motor se posiciona através de ângulos (ou “passos”), é fácil definir qual deverá ser seu posicionamento, tornado assim mais preciso.

• Controle de Aceleração e Desaceleração:  O motor de passo se movimenta através da sequencia de ativação das bobinas, sendo assim para acelerar ou desacelerar movimento, basta aumentar ou diminuir a frequência da ativação das bobinas, uma vez que o rotor se alinha de forma muito rápida com elas.

Desvantagens:

• Desempenho Ruim em Alta Velocidade: Apesar do motor de passo ter um alto controle em aceleração e desaceleração, isso não faz com que ele atinja altas velocidades. Pois depois de uma  certa frequência de ativação das solenóides, fica muito complexo manter a velocidade alta de forma constante.
• Complexidade na Operação:  É possível notar que este motor não funciona através de uma simples ligação com uma fonte de energia. Para operá-lo, é preciso de um circuito integrado chamado de driver para ajudar no acionamento das solenoide.Falaremos mais com calma sobre isso em nosso próximo post. Aguardem! ;)
• Ressonância:  Este é um caso que é comum acontecer quando se usa o motor de passo. Isso ocorre pelo controle inadequado das bobinas, que oscilam, aquecem e perdem os passos. Para que isso não aconteça, evite usar o primeiro método de acionamento das bobinas que citamos no texto (“Full Step” simples). Veja este video, que mostra um caso de ressonância em um motor de passo de uma CNC (Controle Numérico Computadorizado):

Bem, agora que você já está mais familiarizado com o motor de passo, já pode ir começando a pensar em qual de seus projetos ele poderá fazer parte. E para poder te ajudar ainda mais com isso, em nosso próximo post dessa série vamos mostrar como utilizar ele com o Arduino. Prepare-se que vai ser muito legal. Qualquer dúvida não deixe de nos contar em nosso fórum.