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, sendo utilizados em diversos setores da economia nacional.
01 O que é ummotor de passo
O motor de passo é um dispositivo eletromecânico que converte diretamente pulsos elétricos em movimento mecânico. Controlando a sequência, a frequência e o número de pulsos elétricos aplicados à bobina do motor, é possível controlar sua direção, velocidade e ângulo de rotação. Sem a necessidade de um sistema de controle de malha fechada com sensores de posição, o controle preciso de posição e velocidade pode ser obtido utilizando um sistema de controle de malha aberta simples e de baixo custo, composto por um motor de passo e seu driver.
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, através de seu circuito lógico interno, controla os enrolamentos do motor de passo em uma determinada sequência de tempo, energizando-os para frente ou para trás, de modo que o motor gire para frente/para trás ou trave.
Tomemos como exemplo um motor de passo bifásico de 1,8 graus: quando ambos os enrolamentos estão energizados e excitados, o eixo de saída do motor ficará estacionário e travado na posição. O torque máximo que manterá 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 graus) na direção oposta à do primeiro. Quando as correntes através dos enrolamentos da bobina são redirecionadas sequencialmente para a excitação, o motor girará em passos contínuos na direção desejada com altíssima precisão. Para uma rotação de 1,8 graus em um motor de passo bifásico, são necessários 200 passos por semana.
Os motores de passo bifásicos possuem dois tipos de enrolamentos: bipolar e unipolar. Os motores bipolares têm apenas uma bobina por fase; a rotação contínua do motor gera corrente na mesma bobina, que é excitada sequencialmente por meio de variações de fase. O projeto do circuito de acionamento requer oito chaves eletrônicas para a comutação sequencial.
Os motores unipolares possuem duas bobinas 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 foi projetado para exigir apenas quatro interruptores eletrônicos. No caso do bipolar
No modo de acionamento, o torque de saída do motor aumenta em cerca de 40% em comparação com o
Modo de acionamento unipolar, pois as bobinas de cada fase são excitadas a 100%.
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 da carga
R1: Raio do anel externo
R2: Raio do anel interno
dω/dt: Aceleração angular
04, curva de velocidade-torque do motor de passo
A curva de velocidade-torque é uma expressão importante das características de saída de um 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 da 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 inclinação de 1,8°, com um driver 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 ligado e desligado diretamente.
C. Área de operação contínua
Nessa área, o motor de passo não pode ser ligado ou desligado diretamente. Motores de passo emesta área deve primeiro passar pela área de partida automática e depois ser acelerada para alcançar 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 saia de sincronia; primeiro, ele deve ser desacelerado.na 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 do 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 passo.Sem carga.
F. Torque de partida/torque de acionamento do motor de passo
Para que o motor de passo inicie e funcione com uma determinada frequência de pulso, semperda de etapas do torque de carga máximo.
G. Torque de funcionamento/torque de entrada do motor de passo
O torque de carga máximo que garante a operação estável do motor de passo em umdeterminada frequência de pulso sem perda de passo.
05 Controle de movimento de aceleração/desaceleração do motor de passo
Quando a frequência de operação do motor de passo se encontra no ponto da curva de velocidade-torque do motor contínuo.região de operação, como encurtar a aceleração ou desaceleração de partida ou parada do motortempo, para que o motor funcione por mais tempo na velocidade ideal, aumentando assim aO tempo de funcionamento efetivo do motor é crucial.
Conforme mostrado na figura abaixo, a curva característica do torque dinâmico do motor de passo éUma linha reta horizontal em baixa velocidade; em alta velocidade, a curva decresce exponencialmente.devido à influência da indutância.
Sabemos que a carga do motor de passo é TL, suponha que queiramos acelerar de F0 para 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 * In [(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 o momento de inércia rotacional do rotor do motor sob carga.
q é o ângulo de rotação de cada passo, que é o ângulo de 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 modo geral, um motor de passo em operação sem carga, quando a frequência de operação do motorse for próxima ou igual à frequência inerente do rotor do motor, haverá ressonância, o que será grave.ocorre um fenômeno de descompasso.
Diversas soluções para ressonância:
A. Evite a zona de vibração: para que a frequência de operação do motor não fique dentro da faixa de frequência indicada.a faixa de vibração
B. Adote o modo de acionamento por subdivisão: Utilize o modo de acionamento por micropassos para reduzir a vibração por
subdividindo a etapa original em várias etapas para aumentar a resolução de cada uma.
Passo do motor. Isso pode ser obtido ajustando a relação entre a fase e a corrente do motor.
O microstepping não aumenta a precisão do ângulo de passo, mas faz o motor funcionar mais
Suavemente e com menos ruído. O torque é geralmente 15% menor para operação em meio passo.
do que para operação em etapas completas e 30% menor para controle de corrente de onda senoidal.
Data da publicação: 09/11/2022