FORMAÇÃO - PRÁTICAS DE ELECTRICIDADE
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Manuel Teixeira e Paulo Peixoto Formadores da ATEC - Academia de Formação
ficha prática n.º 19
{MOTORES PASSO-A-PASSO: PARTE I}
MÁQUINAS ELÉCTRICAS Máquinas eléctricas são máquinas cujo funcionamento se baseia em fenómenos do electromagnetismo. Um destes fenómenos é a indução electromagnética e o outro a força electromagnética. Estas máquinas podem classificar-se de várias formas, conforme as características que se pretendam realçar.
posição, que informe ao computador que o braço já está na posição determinada.
Uma das classificações é quanto ao movimento: há um tipo de máquina que é estática, por não ter peças em movimento. Trata-se do transformador. As restantes máquinas são, normalmente, rotativas, pelo facto de terem peças em movimento rotativo. A parte da máquina que é fixa chama-se estátor e a parte da máquina que é móvel chama-se rótor. Esta é a classificação habitual, por se referir às máquinas mais comuns, mas convém lembrar que há máquinas com peças móveis e que não são rotativas, devido ao seu movimento ser linear. É o caso do motor linear.
brushes
S
bearings
N current flow
Figura 1.
Outra forma de classificar estas máquinas é quanto ao tipo de alimentação. O transformador e algumas das outras máquinas rotativas funcionam em corrente alternada. As restantes funcionam em corrente contínua.
MOTOR DE PASSO Um motor de passo, é um tipo de motor eléctrico, que funciona em corrente contínua, que é usado quando algo tem que ser posicionado muito precisamente ou rodado num ângulo exacto.
MOTORES DE CORRENTE CONTÍNUA O funcionamento básico do motor de corrente contínua (DC) está fundamentado na Força de Lorentz aplicada numa carga em movimento dentro de um campo magnético (F = qvB). Considere-se uma espira de corrente inserida num campo magnético criado por um íman permanente, em que há uma corrente criada por uma bateria (fonte DC). De uma forma simplificada, a simples passagem desta corrente (Fig.1) faz com que apareçam duas forças de sentidos contrários, aplicada uma em cada lado da espira. Estas forças criam um binário que, obviamente, faz a espira girar, transformando a energia eléctrica da corrente em energia cinética num eixo acoplado às espiras. A direcção da rotação depende da polaridade da bateria e da direcção das linhas de campo magnético criadas pelo íman. Um motor real é composto de conjuntos múltiplos de espiras, dispostas de tal forma que as forças que agem em cada espira sejam somadas e produzam um binário significativo para uma possível aplicação. Os motores DC são utilizados, por exemplo, em aplicações como o posicionamento de um braço robô. Mas eles apresentam uma grande desvantagem. Para que um computador dê um comando para que o braço se mova para uma determinada posição com precisão, é necessário um complicado circuito externo provido de sensores de
Num motor de passo, um íman permanente, muito forte, é controlado por uma série de campos electromagnéticos que são activados e desactivados electronicamente. Desse modo, é uma mistura entre um motor de corrente contínua e um solenóide. Motores de passo não usam escovas ou comutadores e possuem um número fixo de pólos magnéticos que determinam o número de passos por revolução. Os motores de passo mais comuns possuem de 3 a 72 passos/revolução, significando que ele leva de 3 a 72 passos para completar uma volta. Controladores avançados de motores de passo podem utilizar modulação por largura de impulso para realizarem micropassos, obtendo uma maior resolução de posição e operação mais macia. Os motores de passo são classificados pelo binário que produzem. Uma característica única deste tipo de motor é a sua habilidade de poder manter o eixo numa posição segurando o binário sem estar em movimento. Para atingir todo o seu binário, as suas bobinas devem receber toda a corrente marcada durante cada passo. Os seus controladores devem possuir circuitos reguladores de corrente para poderem fazer isto. A marcação de tensão (se houver) é praticamente sem utilidade.
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fases de cada vez, a fim de produzir meio-passos ou incrementos de 0.9 grau.
Geralmente são operados sem realimentação e às vezes emparelhados ao desempenho de Servo Sistemas DC, mais caros. A única inexactidão associada com um motor de passo é um posicionamento de erro medido em % de ângulo de passo.
Enrolamento do Estator A
Estator
D D’
C
Rotor C’
B’ D A’ Figura 5.
Figura 7 . O solenóide do topo (1) é desactivado, e o solenóide da direita (2) é activado, movendo o quarto dente mais próximo à direita. Isto resulta numa rotação de 3.6°.
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO Um motor de passo é electromagnético. Ele converte mecanicamente impulsos digitais em incrementos de rotação do eixo. A rotação não só tem uma relação directa ao número de pulsos como a sua velocidade é relacionada à frequência dos mesmos. Entre cada passo, o motor pára na posição (com a sua carga) sem a ajuda de embraiagens ou freios. Assim, um motor de passo pode ser controlado de uma forma que o faz girar um certo número de passos, produzindo um movimento mecânico por uma distância específica, e então ele segura a sua carga quando pára. Além disso, ele pode repetir a operação quantas vezes se desejar. Com a lógica apropriada, os motores de passo podem ser bidireccionais, síncronos, promover aceleração rápida, parar, reverter e conectar-se facilmente com outros mecanismos digitais. Eles são caracterizados mais adiante como tendo baixa inércia de rotor e um erro de posicionamento não cumulativo.
Figura 8 . O solenóide inferior (3) é activado; outra rotação de 3.6° ocorre.
Figura 9 . O solenóide à esquerda (4) é activado, rodando novamente o eixo em 3.6°. Quando o solenóide do topo (1) for activado novamente, o eixo terá rodado um dente de posição, como existem 25 dentes, serão necessários 100 passos para uma rotação completa. Figura 6 . O solenóide do topo (1) esta activado, atraindo o dente superior do eixo.
Na próxima Ficha Prática vai ser abordada a Segunda Parte deste tema que acaba de resumir as caracteristicas do mesmo.