Motores de Passo: Introdução

Motores de passo são mais complicados de controlar, mas possibilitam um controle muito preciso de posição e movimento. Neste post vamos começar a conhecê-los.

Como os demais motores, o movimento dos motores de passo é gerado pela interação entre imãs permanentes e eletroímãs. Tipicamente os eletroímãs estão fixos e os imãs permanentes estão na parte móvel do motor.

O que diferencia o motor de passo é que o movimento é controlado em passos (duh!). Isto é feito ativando e desativando os eletroímãs em uma determinada ordem. Dependendo de quais eletroímãs estão ativos (e a sua polaridade), os imãs permanentes serão atraídos (ou repelidos). O posicionamento dos imãs permanentes é tal que cada eletroímã consegue colocar o motor em uma determinada posição.

Tipicamente temos dois conjuntos de eletroímãs em um motor de passo. Na forma mais simples de controle, ativamos o primeiro conjunto, o que coloca o motor em uma primeira posição. Em, seguida, desligamos o primeiro conjunto e ligamos o segundo, o motor passa para a posição seguinte. Como terceira etapa, desligamos o segundo conjunto e religamos o primeiro, mas com polaridade invertida, passando para a terceira posição. Por último, desligamos o primeiro conjunto e ligamos o segundo com polaridade invertida, completando o ciclo. Neste ponto os imãs permanentes estão em uma posição apropriada para podermos repetir todo o ciclo.

A ordem de ativação e desativação dos eletroímãs é o ponto crítico. Se tentarmos pular uma das etapas, o motor irá se mover mas com pouca força (pois neste instante os imãs permanentes estão fora da posição adequada). Se o motor tiver alguma carga é possível que ele não consiga se mover (dizemos que ele está "pulando" passos).

A sequência descrita acima é o chamado "wave drive" e não é muito usada na prática. Um resultado melhor é obtido acionando simultaneamente dois eletroímãs, de forma a combinar a força deles. Isto é chamado de "full-step drive". Controlando adequadamente os dois eletroímãs, podemos até fazer o motor parar em uma posição intermediária, obtendo o "half-step drive".

Nos casos até agora consideramos que o eletroímã está ligado ou desligado. Usando hardwares mais sofisticados, podemos controlar a intensidade dos eletroímã, conseguindo para o motor em mais posições e, mais importante, obter mais potência e funcionamento mais suave - o "microstepping". A forma ideal dos sinais de controle é uma senoide.

Para mover o motor é necessário inverter a polaridade dos eletroímãs. Existe duas formas de fazer isto:

• Usar uma bobina única e ter um circuito que permita energizá-la em ambos os sentidos (lembra a nossa ponte H?). Este tipo de motor é chamado bipolar.
• Usar duas bobinas, uma para gerar o campo em cada sentido. Este tipo de motor é chamado unipolar.

Como normalmente temos dois conjuntos de eletroímãs, um motor bipolar terá quatro fios (cada par corresponde a uma bobina). Já um motor unipolar pode ter até oito fios (correspondendo às quatro bobinas), mas o mais comum é as bobinas estarem interligadas. A combinação mais comum é seis fios:

O diagrama abaixo mostra os vários modos de acionamento para um motor unipolar. Para um motor bipolar, a bobina C da figura é a própria bobina A com polaridade invertida, idem para as bobinas D e B.

No próximo post da série vamos fazer um motor de passo se mexer.

05/09/14:  Corrigida a legenda da figura das bobinas dos motores de passo unipolar e bipolar (estava invertida)