Como atuador,motor de passoé um dos principais produtos da mecatrônica, amplamente utilizado em diversos sistemas de controle de automação. Com o desenvolvimento da microeletrônica e da tecnologia da computação, a demanda por motores de passo aumenta a cada dia, e eles são utilizados em diversos setores da economia nacional.
01 O que é ummotor de passo
Motor de passo é um dispositivo eletromecânico que converte diretamente pulsos elétricos em movimento mecânico. Ao controlar a sequência, a frequência e o número de pulsos elétricos aplicados à bobina do motor, é possível controlar a direção, a velocidade e o ângulo de rotação do motor de passo. Sem a utilização de um sistema de controle de feedback em malha fechada com sensor de posição, é possível obter um controle preciso da posição e da velocidade utilizando um sistema de controle em malha aberta simples e de baixo custo, composto por um motor de passo e seu driver correspondente.
02 motor de passoestrutura básica e princípio de funcionamento
Estrutura básica:
Princípio de funcionamento: o driver do motor de passo, de acordo com o pulso de controle externo e o sinal de direção, por meio de seu circuito lógico interno, controla os enrolamentos do motor de passo em uma determinada sequência de tempo para frente ou para trás energizados, de modo que a rotação do motor para frente/para trás ou seja bloqueada.
Tomemos como exemplo um motor de passo bifásico de 1,8 graus: quando ambos os enrolamentos são energizados e excitados, o eixo de saída do motor fica parado e travado na posição. O torque máximo que mantém o motor travado na corrente nominal é o torque de retenção. Se a corrente em um dos enrolamentos for redirecionada, o motor girará um passo (1,8 graus) em uma determinada direção.
Da mesma forma, se a corrente no outro enrolamento mudar de direção, o motor girará um passo (1,8 grau) na direção oposta à anterior. Quando as correntes através dos enrolamentos da bobina são redirecionadas sequencialmente para a excitação, o motor girará em um passo contínuo na direção indicada com altíssima precisão. Para uma rotação de 1,8 grau de um motor de passo bifásico por semana, são necessários 200 passos.
Motores de passo bifásicos possuem dois tipos de enrolamentos: bipolar e unipolar. Motores bipolares possuem apenas uma bobina por fase. O motor gira continuamente a corrente na mesma bobina para obter excitação sequencialmente variável. O projeto do circuito de acionamento requer oito chaves eletrônicas para comutação sequencial.
Os motores unipolares possuem duas bobinas de enrolamento de polaridade oposta em cada fase, e o motor
gira continuamente energizando alternadamente as duas bobinas de enrolamento na mesma fase.
O circuito de acionamento é projetado para exigir apenas quatro interruptores eletrônicos. No bipolar
modo de acionamento, o torque de saída do motor é aumentado em cerca de 40% em comparação com o
modo de acionamento unipolar porque as bobinas de enrolamento de cada fase são 100% excitadas.
03, Carga do motor de passo
A. Carga de momento (Tf)
Tf = G * r
G: Peso da carga
r: raio
B. Carga de inércia (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: Massa de carga
R1: Raio do anel externo
R2: Raio do anel interno
dω/dt: Aceleração angular
04, curva de torque-velocidade do motor de passo
A curva velocidade-torque é uma expressão importante das características de saída do motor de passo
motores.
A. Ponto de frequência de operação do motor de passo
O valor da velocidade do motor de passo em um determinado ponto.
n = q * Hz / (360 * D)
n: rev/seg
Hz: Valor de frequência
D: Valor de interpolação do circuito de acionamento
q: ângulo de passo do motor de passo
Por exemplo, um motor de passo com um ângulo de passo de 1,8°, com um acionamento de interpolação de 1/2(ou seja, 0,9° por passo), tem uma velocidade de 1,25 r/s a uma frequência operacional de 500 Hz.
B. Área de partida automática do motor de passo
A área onde o motor de passo pode ser iniciado e parado diretamente.
C. Área de operação contínua
Nesta área, o motor de passo não pode ser iniciado ou parado diretamente. Motores de passo emesta área deve primeiro passar pela área de auto-partida e depois ser acelerada para atingir oárea de operação. Da mesma forma, o motor de passo nesta área não pode ser freado diretamente,caso contrário, é fácil fazer com que o motor de passo fique fora de sincronia, devendo primeiro ser desacelerado paraa área de partida automática e então freou.
D. Frequência máxima de partida do motor de passo
Estado sem carga do motor, para garantir que o motor de passo não perca a operação de passo dofrequência máxima de pulso.
E. Frequência máxima de operação do motor de passo
A frequência máxima de pulso na qual o motor é excitado para funcionar sem perder um passosem carga.
F. Torque de partida do motor de passo / torque de entrada
Para atender o motor de passo em uma determinada frequência de pulso para iniciar e começar a funcionar, semperda de etapas do torque máximo de carga.
G. Torque de funcionamento/torque de entrada do motor de passo
O torque de carga máximo que satisfaz a operação estável do motor de passo a umacerta frequência de pulso sem perda de passo.
05 Controle de movimento de aceleração/desaceleração do motor de passo
Quando o ponto de frequência de operação do motor de passo na curva de velocidade-torque deregião de operação, como encurtar a aceleração ou desaceleração de partida ou parada do motortempo, para que o motor funcione por mais tempo no melhor estado de velocidade, aumentando assim ao tempo de funcionamento efetivo do motor é muito crítico.
Conforme mostrado na figura abaixo, a curva característica de torque dinâmico do motor de passo éuma linha reta horizontal em baixa velocidade; em alta velocidade, a curva diminui exponencialmentedevido à influência da indutância.
Sabemos que a carga do motor de passo é TL, suponha que queremos acelerar de F0 a F1 emo menor tempo (tr), como calcular o menor tempo tr?
(1) Normalmente, TJ = 70% Tm
(2) tr = 1,8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/tr + F0, 0
B. Aceleração exponencial em condições de alta velocidade
(1) Normalmente
TJ0 = 70%Tm0
TJ1 = 70%Tm1
TL = 60%Tm1
(2)
tr = F4 * Em [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3)
F (t) = F2 * [1 - e^(-t/F4)] + F0, 0
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1,8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
Notas.
J indica a inércia rotacional do rotor do motor sob carga.
q é o ângulo de rotação de cada passo, que é o ângulo do passo do motor de passo no
caso de toda a unidade.
Na operação de desaceleração, basta inverter a frequência do pulso de aceleração acima.
calculado.
06 vibração e ruído do motor de passo
De um modo geral, o motor de passo em operação sem carga, quando a frequência de operação do motoré próximo ou igual à frequência inerente do rotor do motor irá ressoar, sério iráocorrer fenômeno de descompasso.
Várias soluções para ressonância:
A. Evite a zona de vibração: para que a frequência de operação do motor não caia dentroa faixa de vibração
B. Adote o modo de acionamento de subdivisão: use o modo de acionamento de micro-etapas para reduzir a vibração
subdividindo a etapa original em várias etapas para aumentar a resolução de cada uma
passo do motor. Isso pode ser alcançado ajustando a relação fase-corrente do motor.
O microstepping não aumenta a precisão do ângulo do passo, mas faz o motor funcionar mais
suavemente e com menos ruído. O torque é geralmente 15% menor para operação de meio passo
do que para operação de passo completo e 30% menor para controle de corrente de onda senoidal.
Horário da postagem: 09/11/2022