Zaman Bakımından Uygulama

Para especificar-se um motor de passo para uma dada aplicação é necessário verificar se suas características atendem aos requisitos exigidos pela aplicação. As características principais de um motor de passo são as suas características dinâmicas, que definem a relação entre o conjugado e velocidade na partida e em movimento, e as características estáticas, que definem a relação entre o conjugado e o deslocamento angular do rotor, quando o motor está parado ou quando está com o rotor bloqueado.

3.5.4.1 Características dinâmicas

A curva característica do conjugado em função da velocidade é a característica mais comum para expressar o desempenho de um motor de passo. Nesta curva, o eixo horizontal expressa a velocidade do motor em pulsos por segundo, enquanto que o eixo vertical expressa o conjugado desenvolvido.

A velocidade é definida pela taxa de pulsos (freqüência de pulsos) enviada ao motor por segundo. Em um motor de passo, a velocidade em rotações por minuto é proporcional à velocidade em pulsos por segundo e depende da característica construtiva do motor (ângulo de passo).

A curva característica do conjugado em função da velocidade é, normalmente, obtida para o conjunto motor-conversor e, portanto pode ter uma grande variação em função do conversor utilizado. Existem duas curvas para representar a relação entre o conjugado desenvolvido e a velocidade, como mostrado na Figura 28: a curva característica de partida (pull-in torque) e a curva característica de operação em movimento (pull-out torque).

A característica de partida mostra a faixa de valores de conjugado de carga na qual o motor pode partir ou parar, com uma freqüência fixa, sem perder o sincronismo dos passos, enquanto a característica de operação em movimento é a curva característica de conjugado que o motor pode desenvolver durante a aceleração, até o ponto de operação em regime permanente.

Velocidade ( pulsos/s ) C o nj ug ado Máxima velocidade de operação Máxima frequência de partida Característica de operação em movimento Máximo conjugado de partida Conjugado de rotor bloqueado

Figura 28 – Curvas características do conjugado em função da velocidade

A diferença entre estas curvas mostradas na Figura 28 é o conjugado de perdas devido à aceleração da inércia do rotor. Na curva característica mostrada na Figura 28 existem ainda mais 2 pontos importantes: um que mostra a máxima velocidade de operação (fr), quando o conjugado de carga (atrito e inércia) é desprezível e, o ponto da máxima

freqüência de partida (fs), na qual o motor pode partir ou parar instantaneamente (sem tempos

de aceleração ou desaceleração), quando o conjugado de carga (atrito e inércia) é desprezível. Um dos pontos mais importantes na curva característica é o que representa o conjugado disponível na condição de rotor bloqueado (holding torque); este valor é o conjugado máximo que o motor pode desenvolver na condição de rotor bloqueado, quando está alimentado com corrente nominal.

Outra característica também utilizada na especificação de motores, é a curva que mostra a relação entre a freqüência de partida e a inércia da carga. A Figura 29 apresenta uma curva típica de freqüência de partida por inércia de carga, com valores particulares do exemplo apresentado.

Devido à inércia de carga podem ocorrer atrasos ou avanços na posição do eixo do motor durante as partidas ou paradas instantâneas. Esta curva característica mostra os valores de inércia permissíveis em função da freqüência de pulsos, para que não

aconteça a perda de sincronismo do ângulo de passo. O valor da freqüência imediatamente antes de acontecer a perda de sincronismo é chamada de máxima freqüência de partida.

Inércia da carga [ x10–4_kgm2_] 5 500 1000 1500 2500 2000 10 15 20 25

Figura 29 – Freqüência de partida em função da inércia da carga

3.5.4.2 Características estáticas

A curva característica do conjugado em função do deslocamento angular mostra a relação entre o deslocamento angular do rotor e o conjugado que é aplicado ao eixo do motor, quando o motor é energizado com tensão nominal. Esta curva característica tem um comportamento aproximadamente senoidal, cujo formato depende da geometria do estator e do rotor. Esta curva é mostrada na Figura 30.

Com o motor mantido na posição de equilíbrio estável do ponto “1” aplicado um torque externo no eixo, o motor desenvolverá um conjugado T(+) fazendo o rotor se deslocar para a esquerda, tentando fazer o eixo retornar ao ponto de equilíbrio estável “1”, com o eixo parando quando o torque externo se igualar ao conjugado desenvolvido.

Se um torque externo adicional for aplicado ao eixo do motor, o conjugado desenvolvido aumentará (ponto “2”), até atingir um valor máximo (ponto “3”) que representa o valor do conjugado de rotor bloqueado Th (Holding Torque). Quando o torque

instável (ponto “5”) e pontos posteriores, produzindo um conjugado no mesmo sentido do torque externo T(–); neste caso, o motor se moverá para o próximo ponto de equilíbrio estável (ponto “1”) e parará. deslocamento 1 2 3 4 5 6 7 8 1 T_h Ponto instável Ponto estável Conjugado T -T_h W W W T

Figura 30 – Característica do conjugado em função do deslocamento angular do rotor

Os pontos de equilíbrio estável estão localizados, na característica estática, nos pontos onde o motor pára, com os dentes do estator e do rotor exatamente alinhados. Estes pontos são extremamente estáveis e o rotor parará nestes pontos sempre que não existir torque externo aplicada ao seu eixo.

Os pontos de equilíbrio instável estão localizados, na característica estática, nos pontos onde o alinhamento entre os dentes do estator e do rotor for menor que a distância correspondente a meio passo de deslocamento. Estes pontos são extremamente instáveis, tal que se o rotor estiver num destes pontos, ele se moverá para a direita ou para a esquerda, sempre que um pequeno torque for aplicado.

Sem alimentação em qualquer enrolamento, o conjugado nem sempre será nulo. No caso dos motores de relutância chaveados, o magnetismo residual no circuito magnético do motor pode produzir um pequeno conjugado residual, e nos motores de imã permanente e híbrido, a combinação da geometria dos pólos e o rotor permanentemente magnetizado pode produzir um conjugado residual significativo, mesmo sem alimentação.

O conjugado residual em um motor de imã permanente ou híbrido é freqüentemente referido como o conjugado de retenção do motor. Os projetos mais comuns de motor proporcionam um conjugado de retenção que varia senoidalmente com o ângulo do rotor, com uma posição de equilíbrio em todos os passos e uma amplitude em média de aproximadamente 10% do conjugado máximo do motor, podendo atingir valores de até 23% para motores pequenos e de 26% para motores de médio porte.