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Motor de passo de 4, 5, 6 e 8 fios


‘Socorro’. Esta é a palavra que vem à cabeça de muita gente quando falamos nas particularidades dos motores de passo, que podem ter 4, 5, 6 e 8 fios. Mas, hoje posso dizer que este tipo de motor já não é mais nenhum bicho de sete cabeças, pois estão começando a ficar cada vez mais padronizados.

Motores mais comuns

 Aqui vamos falar sobre os motores mais comuns: de 4, 5, 6 e 8 fios, que podem ser unipolar ou bipolar. O mais conhecido deles é o bipolar, de 4 fios, que é o que a gente usa, por exemplo, com diversos drives, como o TB6600, com aquele driver de impressora Router 4988, com o DRV8825, entre outros. Já os motores de 5 fios, esses são unipolares. Nos de 6 e 8 fios, estes se enquadram como unipolares ou bipolares dependendo da forma de conexão com o driver.

Bobinas

A maioria dos motores de passo que abri até hoje é de oito enrolamentos, ou seja, não é porque aparecem somente duas bobinas no esquemático que seja apenas isso.
Então, como estamos falando sobre isso, aproveito este espaço para responder uma pergunta de um seguidor, o Natan Bittencourt, e explicar melhor este assunto: “Fernando, não entendi muito bem a questão da resolução do motor de passo. Ela tem a ver com a quantidade de bobinas dentro do motor? Eu posso variar a quantidade de passos dentro de uma rotação completa apenas variando a intensidade da corrente elétrica nas bobinas?”.
Pois bem, a questão é: se tivessem mais bobinas no motor teria mais resolução? Não! O que causa resolução no motor de passo é o número de fases com o número de dentes. Quase sempre é isso.  Então, quando você vai pesquisar na internet encontra esses diagramas de polo norte com polo sul (abaixo).
Isso tem o lado bom e o ruim. Serve didaticamente, tem sua utilidade, mas é ruim para fazer um paralelo com o motor de passo no sentido dos dentes porque quando você joga sequência na bobina, você está mudando a posição do motor em pequenos ângulos..Então, cuidado com esse tipo de representação.
Mas, outra coisa que quero abordar hoje é sobre as ondas.
Nesta imagem temos a onda de um passo simples, a onda de meio passo e a onda do micro passo 1/8. Então, quanto mais você aumenta o micro passo, 1/8, 1/16 – bastante usado pelas impressoras 3D –, 1/32, os drivers tendem a jogar uma senóide em cima das bobinas. Na prática, porém, não é isso que vejo, pessoal. E, por quê? Porque a maioria dos drivers que a gente compra é desses mais baratos. Mesmo o TB6600, 8825, 4988, eles são do tipo mais simplificado, justamente para baratear. Tenho que dizer, no entanto, que eles são inteligentes, fazem bastante coisas, controlam micro passos, mas não chegam até a última consequência de gerar uma senóide na saída.

Motor bipolar

Então, o que causa a resolução do motor? Ela se dá pelo número de dentes vezes o número de fases, influenciando se este motor consegue, por exemplo, ter 400 ou 200 passos por volta. No motor bipolar, as bobinas são ligadas juntas. São, geralmente, oito bobinas, mas somente dois circuitos.
Eu, particularmente, tenho preferência pelo motor bipolar. Primeiro que ele é mais padrão. Segundo porque a maioria dos drivers novos que estão saindo também são bipolares. Então, acredito que 95% dos motores que vocês vão encontrar daqui para frente serão bipolares. Mas, também posso estar errado, claro. A engenharia é uma coisa que pode mudar a qualquer minuto. No entanto, HOJE, minha preferência particular é o bipolar.


Número de dentes

Nema 14
Esse desenho é de uma fábrica chinesa que achei bem interessante para tratar deste assunto. A imagem mostra 50 dentes de um motor de passo de precisão Nema 14. Portanto, 50 dentes vezes quatro fases do motor bipolar vai dar 200 passos. Aí, se você pegar 360 dividido por 200 chegamos a 1.8, que é um motor Nema 17, daqueles mais comuns e usuais. Podemos dizer o mesmo do Nema 23.
Lá na China eles têm também um motor de passo de 100 dentes. O que isso significa? Muito mais precisão. São 400 passos por revolução. Isso traz muitos benefícios, sendo que o primeiro é que evita região de ressonância. Já fiz vários testes com motor de passo e vejo que, quando ele entra nessa região de ressonância é ruim, pois faz barulho e perde torque.

Driver Unipolar

O driver de motor Unipolar tem a bobina hora energizada e hora não conectada. Então, só tem um polo, ao contrário do bipolar. Na imagem temos uma representação simples de um driver feita com transistor de efeito de campo. Quando polarizamos o Gate de um determinado transistor, ele deixa a corrente fluir. Para isso é necessário que você faça uma sequência binária. Também mostro um ULN2003 ligado em uma configuração unipolar de 5 fios.


Driver Unipolar x Driver Bipolar

Driver Unipolar
Driver Bipolar
No caso do driver bipolar, as correntes fluem em ambos os sentidos e depois invertem o positivo e o negativo. Isso significa que temos duas full bridges, ou seja, duas pontes completas. O módulo de potência de saída do TB6600, no fundo, é essa lógica. Em contrapartida está a lógica do ULN2003 ou ULN2803, que é unipolar.

Datasheet

Este é um datasheet de um Nema 17, de 6 fios, logo ele pode ser ligado como bipolar ou como unipolar.  Mostra que o motor de passo, no geral, ele começa em baixa RPM e, conforme vai aumentando essa velocidade vai caindo o torque.
Falando especificamente do Holding Torque, o datasheet mostra que, se você ligar o motor em um driver unipolar, ele perde 30% do torque.
Já neste datasheet de um Nema 23, a curva de torque quase chega a 750 RPM. O motor que estava com 9kgf.cm de torque vai a 1kgf.cm. Então, quando você for comprar um motor de passo é importante observar esse datasheet para ver em que RPM você vai operar o motor. Quanto ao Holding Torque, quando ligado em unipolar, também caiu. Quando você liga a bobina em paralelo, o torque não muda.


Torque: Bipolar x Unipolar

Neste espaço fazemos uma comparação do torque bipolar com o unipolar. Lógico que, nos dois tipos, conforme aumentamos a RPM, o torque vai caindo. Mas, o bipolar já começa 30% acima no unipolar. O que enxerguei, no entanto, é que o unipolar chega a uma RPM mais alta, a qual o bipolar não chega. De repente isso seja ideal para determinada aplicação. Daí a necessidade de conhecer os dois tipos de motor e saber qual a melhor escolha para seu projeto.

Potência

Vamos falar um pouco sobre: Torque - Potência – Velocidade. Nesta imagem, o tracejado é a potência e a linha sólida é o torque. A marcação na horizontal trata da velocidade. Então, o gráfico mostra a relação entre esses três elementos. A melhor posição é quando a potência está em uma região que não gasta muita potência e o torque se encontra alto.
Você pode regular o torque do motor também aumentando a corrente ou a tensão que você joga em cima do driver.



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3 comentários:

  1. Muito bom seu vídeos. ...
    Bem explicado....
    Resolveu alguns problemas que estava tendo.
    Wlew

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  2. Muito boa a aula de motor de passo. Gostaria de ter uma aula de driver. 4988 tmc2130 para poder ter uma ideia melhor de que driver usar na construção de uma impressora 3d ou de uma plotter lazer com alta resolução utilizando motores de 0.9graus de resolução.
    Um grande abraço Fernando... É mais uma vez obrigado.

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  3. Boas Fernando...
    Vendo seu video no youtube, preciso te fazer uma pergunta:
    Como faço pra configurar o MACH3 e/ou o EMC2 para o drive TB 6600? Não estou conseguindo e já estou desde JUNHO de 2017.
    Grato
    Edson jesus

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