Tipos de motores de passo e modos de operação

Introdução

Como todo motor elétrico, motores de passo tem duas partes principais; um rotor e um estator. Na maioria dos motores para corrente contínua de pequena potência, o estator é composto por um imã permanente e o rotor por uma bobina que alterna sua polaridade por meio de algum dispositivo comutador, como escovas. Nos motores de passo o rotor é composto por um ou vários imãs permanentes enquanto o estator possui enrolamentos que terão sua polaridade alternada.

Mecanicamente, os motores de passo são especificados pelo tamanho do passo, que é o ângulo de rotação de cada um, e pelo torque produzido. Eletricamente, são especificados pela corrente, ou tensão, de trabalho e pelo número de polos. Os mais comuns são os unipolares e bipolares. A diferença entre eles é a forma como os enrolamentos internos do estator são interligados.

Imagine dois motores idênticos com quatro enrolamentos cada como mostrado nas figuras 1a e 1b. Motores reais tem muitos enrolamentos para produzir passos pequenos, mas eles serão ligados entre si de forma semelhante aos esquemas das figuras 1a e 1b, de modo a produzir o mesmo número de terminais de ligação. O motor da figura 1a é do tipo unipolar, pois todos os enrolamentos tem uma de suas terminações conectadas ao terminal C. Cada um dos terminais 1, 2, 3 e 4 ativam uma única bobina. Já o motor da figura 1b tem suas bobinas ligadas em série duas a duas. Assim, os terminais 1 e 3 ativam as bobinas da direção vertical e os terminais 2 e 4 ativam as bobinas da direção horisontal.

Figura 1a	Figura 1b

Motor unipolar

No caso do motor da figura 1a, para faze-lo rodar, basta conectar o terminal C no polo positivo de uma fonte de tensão e ir ligando cada um dos demais terminais, um por vez, no polo negativo. Assumindo que a seta azul indica a direção do campo magnético do rotor, cada vez que um dos terminais 1, 2, 3 ou 4 for conectado à fonte de tensão, o rotor girará de modo a alinhar seu campo magnético ao produzido pelo estator. Este processo é ilustrado na figura 2.

Figura 2

Motor Bipolar

Modo de passo completo monofásico

O motor bipolar é acionado de uma forma um pouco mais complexa. Diferentemente do unipolar, no qual apenas a conexão de um terminal precisa mudar, no bipolar é necessário alterar a ligação de dois terminais de cada vez, conforme ilustrado na figura 3.

Figura 3

Na figura 3a o terminal 1 é ligado ao polo positivo da fonte de tensão e o 3 é aterrado, deixando os terminais 2 e 4 desconectados. Com isso, as bobinas da direção vertical são acionadas forçando o rotor a alinhar o sentido de seu campo magnético. Em seguida, conforme a figura 3b, 1 e 3 são desconectados, 2 é ligado ao polo positivo e 4 ao terra. Agora as bobinas horizontais são acionadas e o rotor move-se para novamente alinhar seu campo magnético. Na figura 3c 2 e 4 são novamente desconectados, 1 é aterrado e 3 é ligado ao polo positivo da fonte de tensão. Assim, novamente as bobinas da direção vertical estão acionadas, porém com a polaridade invertida com relação ao estado mostrado na figura 3a. O rotor novamente se move para alinhar o campo magnético. Tornado a desligar 1 e 3 e conectando 2 e 4 como mostrado na figura 3d, as bobinas horizontais são acionadas de forma inversa à obtida anteriormente, e tem-se mais um movimento do rotor. O próximo estado coincide com o da figura 3a, completando uma rotação.

A cada instante um dado conjunto de bobinas pode estar ligado no sentido direto, desligado ou ligado no sentido inverso. Existe sempre um desligamento do conjunto antes da inversão. Este fato será importante quando formos discutir pontes H.

Se codificarmos a ligação ao terra como sendo o valor 0 e a ligação ao polo positivo da fonte de tensão como sendo o valor 1, as ligações esquematizadas na figura 3 podem ser apresentadas de forma tabulada:

Modo de passo completo bifásico

Outra forma de se ativar o motor bipolar é manter todas as bobinas ligadas todo o tempo, eliminando o período de desligamento presente no modo monofásico, como ilustrado na figura 4. Isso produz uma composição de forças no interior do motor, possibilitando um aumento do torque. Este método é chamado de dupla fase ou bifásico.

Figura 4

Ativado desta forma, o rotor ira alinhar seu campo magnético na direção da resultante dos campos gerados pelas bobinas horizontais e verticais, permanecendo em posições intermediárias àquelas mostradas na figura 3. O esquema de ligações pode ser apresentado em forma tabular segundo:

Modo de meio passo

Se forem combinados os modos de ativação monofásico e bifásico do motor de passo bipolar, obtem-se um novo modo de ativação conhecido como meio passo (half step). No modo de meio passo, há uma perda de torque em comparação com o passo completo bifásico, mas consegue-se maior precisão no movimento do motor, conforme ilustrado na figura 5.

Figura 5

Nota-se que no modo de meio passo, da mesma forma que no modo de passo completo monofásico, ocorre o desligamento das bobinas antes da inversão. A tabela 3 apresenta de forma codificada as ligações dos terminais para cada posição do rotor: