Criado na década de 30, pelo engenheiro francês Marius Lavet, o motor de passo é um tipo especial de motor que controla a velocidade ou a posição em malha aberta, comumente utilizado em sistemas de posicionamento.
Geralmente controlados digitalmente, são componentes-chave em aplicações de automação industrial.
Continue a leitura e entenda o que são motores de passo, quais são os principais tipos, seus pontos fortes e desvantagens. Saiba, ainda, a diferença entre o equipamento e um servo motor, seus usos mais comuns, quanto custa e muito mais!
O que é um motor de passo e quais são suas principais características?
Motor de passo é um tipo especial de motor elétrico destinado a projetos que demandam precisão. É utilizado para posicionamentos precisos ou rotações em ângulo exato, cuja precisão pode chegar, em alguns casos, a milésimos de grau. Atua transformando energia elétrica em rotacional, de forma contínua e confiável.
Sua estrutura pode ser de perfil circular ou quadrado. O tipo circular é mais comum no mercado, já o quadrado, conhecido como hi-torque, apesar de ter o mesmo tamanho que o circular, possui torque de trabalho superior.
Conta com um ímã potente e é controlado por campos eletromagnéticos que são ativados e desativados eletronicamente, gerados por bobinas posicionadas em torno de um rotor.
O motor de passo não tem escovas ou comutadores, e o controle de posicionamento é realizado por meio de polos magnéticos (ímãs permanentes) que determinam o número de passos por movimento circular.
Este dispositivo com entrada e saída digital pode ser acionado de quatro maneiras: unipolar, bipolar, passo inteiro ou meio passo.
Tipos de motor de passo
Os modelos mais comuns possuem 200 passos/volta, o que significa que o motor leva 200 passos para completar uma volta. Cada passo equivale a um deslocamento de 1,8o .Os principais tipos são os de Relutância Variável, Ímã Permanente e Híbrido.
O motor de passo de Relutância Variável possui um rotor liso e segue o princípio de que a relutância mínima acontece com folga mínima. Portanto, os pontos do rotor são atraídos para os pólos do estator.
A posição angular do rotor depende da relutância do circuito magnético produzido entre os dentes do estator e do rotor.
O motor de passo de Ímã Permanente, como o nome diz, possui um ímã permanente no rotor e atua na atração ou repulsão entre o rotor e os eletroímãs do estator.
Sua fabricação é menos custosa e é o tipo mais popular de motor de passo, sendo chamado também de motor tin-can/can-stack.
O motor de passo híbrido combina técnicas dos dois modelos anteriores para alcançar a potência máxima em versões compactas. É aplicado quando se exige menos ângulo de passo, como 1,5; 1,8 e 2,5 graus.
Tem melhor desempenho de velocidade, resolução e torque de retenção, quando comparado a um rotor de ímã permanente. Entretanto, este modelo é mais caro.
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Como saber se é um motor de passo?
Se o dispositivo que você tem em mãos tiver quatro ou mais conexões de enrolamento, provavelmente é um motor de passo.
Outra forma de descobrir é observar a quantidade de fios: motores de passo geralmente têm 4, 5, 6 ou 8 fios.
Analise o seu interior: se não houver escovas e o rotor tiver sulcos em algum ângulo de separação, as chances de se tratar de um motor de passo são altas.
Lembrando que motores brushless, como o nome diz, também não têm escovas mas, geralmente, não apresentam os estatores “enrugados”.
Qual a diferença entre um servo motor e um motor de passo?
Motores de passo e servomotores têm características similares: fácil manuseio, precisão, alto desempenho e atuação junto a drivers. Ambos colocam a estrutura em movimento, mas têm discrepâncias entre si.
A velocidade e o torque, por exemplo, variam entre os dois motores: o motor de passo tem velocidade e torque intermediários, com o torque decaindo conforme a velocidade aumenta.
Já o servo motor tem uma entrega superior, geralmente com torque constante até a máxima velocidade nominal.
Leia também: Torque e potência: principais diferenças!
Outra diferença é que o motor de passo é mais recomendado para sistemas flexíveis e compactos, funcionando com malha aberta. Também há a opção com malha fechada, os denominados step-servos.
O servo motor é mais utilizado em projetos de alta precisão, cargas dinâmicas e acelerações elevadas. Além disso, seu nível de precisão é ampliado. Ele atua exclusivamente em sistemas fechados.
Motor de passo: Vantagens e Desvantagens
O motor de passo é conhecido por garantir o funcionamento de projetos de automação. Seguem seus pontos positivos:
- Boa performance em baixa velocidade, com torque elevado;
- Atua nos dois sentidos de rotação;
- Tem alta durabilidade e não precisa de escovas, o que aumenta a confiabilidade;
- Acelera e desacelera com agilidade, ou seja, tem resposta rápida;
- Favorece a redução do momento de inércia das cargas;
- Seu ângulo de rotação é proporcional ao pulso de entrada;
- Tem repetibilidade e posicionamento precisos do movimento;
- Sua resposta aos pulsos de entrada digital fornece controle de malha aberta;
- É simples e fácil de controlar;
- Permite rotação síncrona de velocidade baixíssima com uma carga acoplada ao eixo;
- Como tem baixa variação de torque, diminui desperdícios e amplia o aproveitamento;
- Funciona por meio de lógica digital, produzindo movimento com o acionamento em sequência das bobinas; etc.
Apesar das vantagens, o equipamento tem algumas limitações, como toda inovação tecnológica:
- É uma alternativa com menos rotações, de tecnologia intermediária;
- Não atinge altas velocidades;
- Pode apresentar ressonância, quando o controle das bobinas é inadequado;
- Requer um circuito integrado (driver) para auxiliar o acionamento das solenoides;
- Usa mais corrente, quando comparado a motores CC.
Aplicações do motor de passo
Agora que já entendemos o que são motores de passo, confira alguns de seus usos na indústria:
- Esteiras transportadoras;
- Mesas rotativas;
- Máquinas de corte e solda;
- Etiquetadoras;
- Posicionadores;
- Dosadoras;
- Bombas peristálticas;
- Máquinas-ferramenta;
- Máquinas pick and place;
- Máquinas de instalação de cabos;
- Dispositivos de controle de fluidos;
- Medidores automotivos;
- Máquinas CNC;
- Fresadoras; e muito mais.
Aplicações em outros segmentos incluem:
- Máquinas de raio-x, respiradores e outros equipamentos médicos;
- Impressoras e scanners;
- Projetos robóticos;
- Equipamentos de vigilância;
- Câmeras digitais;
- Equipamentos de informática;
- Automóveis; etc.
Qual o preço de um motor de passo?
Os motores de passo são equipamentos acessíveis, enquanto um servo motor, por exemplo, exige um investimento maior, por se tratar de uma tecnologia avançada e mais recente.
O valor de um conjunto de motor de passo e driver é aproximadamente 20% do valor de um conjunto de servo motor, isso depende da aplicação.
Lembrando que o driver tem papel fundamental para o bom desempenho do projeto: é ele que ajuda a controlar a potência elétrica do motor, convertendo o sinal de comando, de acordo com a aplicação ou lógica.
Projetos com motor de passo: arduino
O controle dos motores de passo pode ser feito por um microcontrolador como o Arduino, drivers de motor CC ou drivers específicos para motor de passo.
Diversos projetos podem ser realizados com Arduino, para permitir movimentos mais precisos, como no caso de robôs, esteiras transportadoras e até radares.
Dá para automatizar uma serra, encher garrafas d’água automaticamente, construir um inusitado cofrinho caça-níquel e o que mais a imaginação desejar.
Como saber a tensão de um motor de passo
A melhor maneira de descobrir a tensão de motores de passo é ler o código do motor ou procurar suas especificações no manual do fabricante.
O produto tem corrente e tensão nominais, sendo que um motor de passo como um Nema 17 pode ter uma tensão nominal de 2,8 volts e uma corrente máxima de 1,68 A. Isso significa que, se for conectado a 2,8 v, consumirá 1,68 A.
Se tentarmos executá-lo em uma corrente maior, ele consumirá mais corrente e esquentará demasiadamente.
Drivers são usados para regular a corrente e não precisar ligar os motores diretamente a uma fonte de tensão.
Como calcular o torque de um motor de passo?
Para exemplificar, suponha que temos uma polia com 1 cm de raio (r), um seno (Sen?) de 90° entre a carga e o raio, e uma força (F) de 5 kg. Podemos aplicar a fórmula:
T (torque – Kgf) = r (cm) x F (Kgf) x Sen? (ângulo entre r e F)
O cálculo ficará assim:
T = 1 x 5 x 1 = 5 Kg.cm
Conclusão
Esperamos ter esclarecido o que são motores de passo e a sua importância para a automação industrial e outros segmentos. Como vimos, é um equipamento robusto, confiável, econômico e preciso, oferecendo alta eficiência.
Apesar de ter algumas limitações, suas vantagens se destacam, principalmente sua habilidade de posicionamento e controle de velocidade.
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