Acionamento e controle de motor de passo com Arduino

Você já utilizou um motor de passo com o Arduino? Mesmo que ainda não, ou caso tenha algum conhecimento relativo a motor de passo, este artigo irá lhe ajudar entender o seu funcionamento e a utilizá-lo.

Primeiramente faremos uma exposição teórica e em seguida será mostrada a implementação do acionamento do motor de passo utilizando o Arduino Uno.

O Motor de passo

O motor de passo é um tipo especial de máquina de corrente contínua (CC) cujo acionamento é realizado através de pulsos elétricos discretos nas bobinas do estator.

A alimentação de uma bobina faz com que seja gerado um campo magnético, provocando o alinhamento do ímã do rotor.

Desse modo, o motor de passo apresenta grande precisão nos deslocamentos angulares de giro do rotor.

Desde que as bobina sejam acionadas em sequência correta, a variação de posição angular do rotor é bem definida.

A fim de obter o funcionamento correto, as bobinas devem ser acionadas de forma sequencial, fazendo com que o rotor gire, buscando acompanhar o alinhamento magnético das bobinas.

A velocidade com que as bobinas são acionadas determina a velocidade de giro. Assim, a cada comutação de bobina o motor avança um passo, daí a origem do nome “motor de passo”.

Dentre as principais características destes motores, se tem:

  • Precisão de posição angular
  • Torque alto em baixa rotação
  • Possibilidade de aumentar a precisão dos passos através de técnicas de acionamento

O aspecto real de alguns motores de passo pode ser visto na Figura 1.

 

< FOTO CONTENDO VÁRIOS MOTORES DE PASSO >

Figura 1: Alguns tipos de motores de passo.

 

Para a utilização de um motor de passo devemos descobrir qual o torque e a velocidade a carga a ser acionada demanda.

 

Características elétricas dos motores de passo

Os tipos de motores de passo mais comuns, quanto aos polos, são os unipolares e os bipolares. Estes modelos diferem quanto aos terminais disponíveis para o acionamento das bobinas. Na Figura 2 são mostrados os esquemas elétricos destes dois tipos de motores de passo.

 

< UNIPOLAR E BIPOLAR  DIAGRAMA ELÉTRICO

Figura 2: Motor de passo unipolar (a) e bipolar (b).

O modelo unipolar geralmente facilita a implementação do circuito de acionamento, uma vez que não requer a inversão da polaridade da tensão.

Quanto ao movimento, os motores de passo tem especificação de quantos graus avançam por passo. Esta característica depende de aspectos construtivos. Por exemplo, são comuns motores na faixa de 3,6 ou 7,2 graus por passo.

Quanto as bobinas, os motores de passo são especificados para trabalhar dentro de determinados limites de tensão e corrente.

A resistência elétrica e a indutância são parâmetros importantes para o projeto do circuito de acionamento.

Comportamento do motor de passo com a variação de velocidade

É imperativo que se tenha em mente as limitações que surgem como resultado da elevação da velocidade de operação do motor de passo.

Para que este fenômeno se torne mais claro, analisemos o circuito elétrico do motor. A sua composição é dada, principalmente, por um indutor e um resistor. Isso acontece como consequência da não idealidade dos materiais. A Figura 3 ilustra o modelo simplificado de uma bobina do motor de passo.

 

Figura 3: Circuito equivalente simplificado de uma bobina.

 

Portanto, quando se aumenta a velocidade de acionamento das bobinas, o fenômeno indutivo delas passa a ter relevância.

Nestas condições, a indutância faz com que a impedância aumente e consequentemente a corrente elétrica diminui. Com isto, o torque resultante no eixo do motor também é menor.

Em algumas situações é possível de se contornar este problema aumentando a tensão de alimentação.

Porém, isto deve ser feito de forma dinâmica, uma vez que para baixas frequências a tensão não pode ultrapassar o valor nominal do motor de passo, sob pena de gerar excesso de corrente elétrica e danificá-lo.

Neste artigo nos limitaremos a utilização do motor de passo com o Arduino dentro dos parâmetros nominais. Apenas apresentamos o tema para conhecimento, sobretudo considerando a possibilidade do leitor pesquisar sobre o assunto.

 

Acionamento do motor de passo com o Arduino

Agora que você já viu as principais características de um motor de passo, vamos falar sobre o acionamento do mesmo.

Neste artigo será utilizado o modelo unipolar, portanto as explicações serão baseadas nele. Caso você queira utilizar um modelo bipolar, a teoria geral é a mesma, o que muda é a forma de acionar as bobinas.

Como foi visto, o racional é acionar as bobinas de maneira sucessiva para que o rotor acompanhe a evolução do campo magnético produzido.

O esquema elétrico que utilizamos neste artigo é mostrado na Figura 4.

 

< ESQUEMA ELÉTRICO PARA ACIONAMENTO DO MOTOR DE PASSO >

Figura 4: Esquema elétrico para o acionamento do motor de passo com Arduino.

 

A partir da Figura 3, construímos a sequência de acionamento das bobinas do motor

TABELA SEQUENCIA DE ACIONAMENTO SENTIDO HORÁRIO

Com esta sequência, o motor gira no sentido horário. Mas e caso quiséssemos inverter o sentido da rotação, qual seria o procedimento? Neste caso, o que você precisa fazer é inverter a sequência de acionamento das bobinas. Assim, a sequência de acionamento deve ser aquela mostrada na Tabela II.

TABELA SEQUENCIA DE ACIONAMENTO SENTIDO anti-HORÁRIO

 

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