Os motores de passo são um dos motores mais simples de implementar em projetos eletrônicos, onde um nível de precisão e repetibilidade é necessário. Infelizmente, a construção de motores de passo coloca uma limitação de baixa velocidade no motor, muito menor que a velocidade que a eletrônica pode controlar o motor. Quando a operação em alta velocidade de um motor de passo é necessária, a dificuldade de implementação aumenta, à medida que vários fatores começam a surgir.
Fatores do motor de passo de alta velocidade
Diversos fatores tornam-se projetos significativos e desafios de implementação quando os motores de passo são acionados em altas velocidades. Como muitos componentes, o comportamento do mundo real dos motores de passo não é ideal e está muito longe da teoria. A velocidade máxima dos motores de passo varia de acordo com o fabricante, o modelo e a indutância do motor com velocidades de 1000-3000 RPM atingíveis (para velocidades mais altas, os servomotores são a melhor escolha). Os principais fatores que impactam o motor de passo em alta velocidade são:
Inércia
Qualquer objeto em movimento tem inércia que resiste à mudança na aceleração de um objeto. Em aplicações de velocidade mais baixa, é possível começar a acionar um motor de passo na velocidade desejada sem perder um passo. No entanto, tentar dirigir uma carga em um motor de passo em alta velocidade imediatamente é uma ótima maneira de pular etapas e perder posição. Exceto por cargas muito leves com poucos efeitos inerciais, um motor de passo deve acelerar de baixa velocidade para alta velocidade para manter a posição e a precisão. Os controles avançados do motor de passo incluem limitações de aceleração e estratégias para compensar a inércia.
Curvas de torque
O torque de um motor de passo não é o mesmo para toda velocidade operacional, mas cai à medida que a velocidade aumenta. A razão para isso é baseada nos princípios operacionais dos motores de passo. O sinal de acionamento para motores de passo gera um campo magnético nas bobinas do motor para criar a força para dar um passo. O tempo que o campo magnético leva para atingir a força total depende da indutância da bobina, da tensão do inversor e da limitação de corrente. À medida que a velocidade de condução aumenta, o tempo de permanência das bobinas em sua força total diminui e o torque que o motor pode gerar cai.
Sinal de acionamento
Para maximizar a força em um motor de passo, a corrente do sinal do inversor deve atingir a corrente máxima do inversor e, em aplicações de alta velocidade, isso deve ser feito o mais rápido possível. Conduzir um motor de passo com um sinal de tensão mais alto pode ajudar a melhorar o torque em altas velocidades, que são aplicadas automaticamente em soluções de acionamento de passo de corrente constante.
Zona morta
O conceito ideal de um motor permite que ele seja conduzido a qualquer velocidade, com piora na redução do torque à medida que a velocidade aumenta. Infelizmente, os motores de passo geralmente têm uma zona morta onde o motor não pode dirigir a carga a uma determinada velocidade. Isto é devido a ressonância no sistema e varia para cada produto e design.
Ressonância
Motores de passo acionam sistemas mecânicos e todos os sistemas mecânicos podem sofrer ressonância. A ressonância ocorre quando a frequência de condução corresponde à frequência natural do sistema e a energia adicionada ao sistema tende a aumentar a sua vibração e perda de binário em vez da sua velocidade. Em aplicações onde vibrações excessivas terão problemas, encontrar e pular as velocidades do motor de passo de ressonância é especialmente importante. Mesmo aplicações que possam tolerar a vibração devem evitar ressonância quando possível, uma vez que isso pode reduzir significativamente a vida útil do sistema.
Tamanho do passo
Os motores de passo têm algumas estratégias de direção disponíveis, incluindo micro passos que permitem que etapas menores que completas sejam feitas pelo motor. Esses micro-passos diminuem a precisão, mas tornam a operação do motor de passo mais silenciosa em velocidades mais baixas. Os motores de passo só podem ser acionados tão rapidamente, e o motor não vê diferença em um micro passo ou um passo completo. Para operação em velocidade máxima, geralmente é necessário conduzir um motor de passo com passos completos. No entanto, o uso de micro percorrer a curva de aceleração do motor de passo pode diminuir significativamente o ruído e a vibração no sistema.
