23/04/2010
Motor de Passo
Autor :
Ricardo Alexandro de A. Queiroz
( [email protected] )
Orientador : Augusto Loureiro da Costa
( [email protected] )
Tutorial
2003
Universidade Salvador - Unifacs
Núcleo de Pesquisa em Redes de Computadores
Salvador – Bahia – Brasil
Universidade Federal da Bahia
Departamento de Ciência da Computação
Salvador - Bahia - Brasil
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23/04/2010
Tutorial – Motor de Passo
• Motor DC
•
Princípio de funcionamento
•
Características
• Motores de Passo
•
Tipos : imãs permanentes, relutância variável, híbridos
•
Unipolares
•
•
Funcionamento e características
•
Circuito de Ativação
Bipolares
•
Funcionamento e características
•
Circuito de Ativação
• Conclusão
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Tutorial - Motor DC
Princípio de Funcionamento
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Tutorial - Motor DC
Algumas características
• Motor de velocidade constante de apenas dois estágios :
parados ou em movimento.
movimento.
• Tornam a maioria dos projetos mais econômicos por não
necessitarem de uma estrutura tão complexa.
• São pequenos e velozes.
Exemplo 12000 rpm
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Tutorial - Motor DC
Desvantagem
• Não possuem precisão. Para o controle desta, necessitam
de um circuito complicado externo provido de sensores de
posição (exemplo ópticos)
• Controle de malha fechada
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Tutorial - Motor DC
Desvantagem
• Não possuem precisão. Para o controle desta, necessitam
de um circuito complicado externo provido de sensores de
posição (exemplo ópticos)
• Controle de malha fechada
Qual seria a
solução para
este problema ?
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
• Motores convertem pulsos elétricos em
movimentos rotativos
• São motores altamente precisos, 0.9 graus a
depender do modo de funcionamento
• Possuem três estados de funcionamento :
parado, ativado com motor travado ou girando
• Funcionam em malha aberta
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Motores de Passo
Funcionamento complexo comparado ao motor DC
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável, Imã Permanente, Híbrido
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável,
Variável Imã Permanente, Híbrido
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável,
Variável Imã Permanente, Híbrido
• Possui um rotor com várias polaridades feito com
ferro doce e um estator laminado.
• Geralmente operam com ângulos de 5 a 15 graus.
(relativamente alta – motivo : por não possuir imã.)
• Exemplo
Quando a fase A é desligada e B é energizada, o rotor gira
15 graus a direita. Acontece o mesmo quando o B é
desligado e a fase C é energizada e assim sucessivamente
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável,
Variável Imã Permanente, Híbrido
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável, Imã Permanente,
Permanente Híbrido
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável, Imã Permanente,
Permanente Híbrido
• O rotor é constituido por um material ferrite sem
dentes e magnetizado perpendicularmente ao
eixo.
• É necessário energizar as 4 fases em sequência
para o rotor girar de acordo com a atração dos
polos magnéticos.
• Possuem passos de 45 a 90 graus.
• Exibem torque altos.
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável, Imã Permanente, Híbrido
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
Estrutura Interna
Três tipos : Relutância Variável, Imã Permanente, Híbrido
• Mistura do Irmã Permanente e
Relutância Variável
• Possuem altos torques e podem operar
em velocidades mais altas
• Ângulos de passo que variam de 0.5 a 5
graus.
• Possuem vários métodos de controle :
uma bobina energizada por vez, duas
bobinas por vez (maior torque) ou misto.
Imã
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
ESTRUTURA HÍBRIDA
MOTOR UNIPOLAR
MOTOR BIPOLAR
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
U N I P O L A R – estrutura híbrida
• Motores que possuem 2 bobinas com 6 fios em sua grande maioria.
• Cada bobina consiste de um
enrolamento com derivação central
chamado de center tape
• Grande característica :
Consegue ïnverter o
campo magnético sem
precisar inverter o sentido
da corrente.
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
U N I P O L A R – estrutura híbrida
2 bobinas com 4 Fases ( 1 A , 1 B , 2 A , 2 B )
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
U N I P O L A R – estrutura híbrida
É importante saber qual a ordem correta dos fios
que a corrente fluirá para produzir um campo
magnético. É este campo que atrairá o rotor para
que o eixo do motor gire continuamente.
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
U N I P O L A R – estrutura híbrida
É importante saber qual a ordem correta dos fios
que a corrente fluirá para produzir um campo
magnético. É este campo que atrairá o rotor para
que o eixo do motor gire continuamente.
Como identificar ?
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
U N I P O L A R – estrutura híbrida
É importante saber qual a ordem correta dos fios
que a corrente fluirá para produzir um campo
magnético. É este campo que atrairá o rotor para
que o eixo do motor gire continuamente.
Como identificar ?
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
U N I P O L A R – Circuito de Ativação
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
U N I P O L A R – estrutura híbrida
• Outros motores unipolares
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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23/04/2010
Motores de Passo
B I P O L A R – estrutura híbrida
• Motores de 4 fios
• Possuem um circuito de controle mais complexo que os unipolares
• Excelente relação tamanho/torque
Seus enrolamentos são separados,
ou seja, não possuem center-tape
• Circuito deve ser capaz de inverter a
polaridade de tensão por qualquer das
bobinas, deixando assim a corrente fluir nas
diversas direções
• Circuito conhecido como : H – Bridge
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
MODO DE ATIVAÇÃO – Wave Drive
Bobinas
1A
2A
1B
2B
Bobinas 1 A 2A 1 B 2 B
01
1
0
0
0
01
+
-
-
-
02
0
1
0
0
02
-
+
-
-
03
0
0
1
0
03
-
-
+
-
04
0
0
0
1
04
-
-
-
+
UNIPOLAR
BIPOLAR
Características :
• Somente uma bobina é energizada a cada passo
• Consumo de energia menor
• Assegura precisão em sua posição
• Desvantagem : causa um desequilíbrio sinuoso no motor
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
MODO DE ATIVAÇÃO – Full Step
Bobinas
1 A 2A 1B 2B
Bobinas 1 A
2
A
1
B
2
B
01
0
0
1
1
01
-
-
+
+
02
0
1
1
0
02
-
+
+
-
03
1
1
0
0
03
+
+
-
-
04
1
0
0
1
04
+
-
-
+
UNIPOLAR
BIPOLAR
Características :
• Duas bobinas são energizadas a cada passo;
•Maior torque
•Consumo de energia maior
•Melhor relação torque -velocidade
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
MODO DE ATIVAÇÃO – Half Step
Bobinas
1A
2A
1B
2B
01
1
0
0
0
02
1
1
0
0
03
0
1
0
0
04
0
1
1
0
05
0
0
1
0
06
0
0
1
07
0
0
08
1
0
UNIPOLAR
Bobinas
1A
2A
1B
2B
01
+
-
-
-
02
+
+
-
-
03
-
+
-
-
04
-
+
+
-
05
-
-
+
-
1
06
-
-
+
+
0
1
07
-
-
-
+
0
1
08
+
-
-
+
`BIPOLAR
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
MODO DE ATIVAÇÃO – Half Step
• A combinação do Wave drive com o Full Step
• Consome mais energia
• É muito mais preciso
• O torque é próximo ao Full Step
• Desvantagem : a velocidade é menor
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
MOTOR UNIPOLAR COMO BIPOLAR
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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CIRCUITO DE ATIVAÇÃO
MOTOR BIPOLAR
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Motores de Passo
CONCLUSÕES
• Motores unipolares possuem um circuito mais simples e
barato em relação aos motores de bipolares
• Os motores bipolares possuem uma relação
tamanho/torque melhor que os unipolares
• Ambos os motores funcionando com apenas uma bobina
ativada por vez, entram em ressonância
Maiores informações :
http://www.scoolmast.hpg.com.br/motorguide/
Autor : Ricardo Alexandro de Andrade Queiroz ( [email protected] )
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Motores de Passo
Referências Bibliográficas
Márquinas Elétricas e Transformadores, Irving I. kosow, 14o edição , editora Globo
Máquinas Elétricas Rotativas volume 2, Aurio Gilberto Falcone, editora Edgard Blucher Ltda.
“Motores DC e Caixas de Redução’’ , publicado na Revista Saber Eletrônica, ano 36, no 335,
dezembro/2000 , data 29/03/2002.
“Controle de mesa XY utilizando motor de passo’’ , publicado na Revista Mecatrônica Atual, ano 1,
no 02, fevereiro/2002 , data 29/03/2002.
Revista Saber Eletrônica, disponível na internet via WWW, URL :
http://www.sabereletronica.com.br,data 29/03/2002
Specifications for 57BYG-SPEC
http://www.tlinternational.com/steppingmotors/57byg-sp.htm
Datasheet ULN2803
http://www.onsemi.com/pub/Collateral/ULN2803-D.PDF
How to use disk drive stepper-motor
http://www.hut fi/Misc/Electronics/circuits/diskstepper.html
Control of Stepping Motors, a tutorial
http://www.cs.uiowa.edu/~jones/step/
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