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= Motores de passo = Um motor de passo tem um esquema interno que é o contrário dos motores elétricos comuns. Nos motores elétricos, existe um enrolamento no centro e uma capa de ímãs permanentes em volta. Quando o núcleo é energizado é criado um campo magnético que interage com o campo magnético dos ímãs fazendo o núcleo girar. Um sistema de escovas inverte a polaridade do campo magnético do núcleo a cada meia volta o que faz com que o núcleo continue girando. Já nos motores de passo, o esquema é invertido, no núcleo existe um ímã permanente e em volta do núcleo existem bobinas fixas. As bobinas são energizadas em sequência, criando um campo magnético que atrai o núcleo fazendo com que ele gire. Esse mecanismo permite um controle de posicionamento muito mais preciso, o que é essencial em aplicações relacionadas à robótica.



O motor de passo é controlado através de pulsos elétricos que são enviados às suas bobinas internas em sequência, sendo portanto um dispositivo digital, o que facilita muito a sua integração com computadores. Cada pulso faz com que o motor gire um passo. Motores menos precisos podem girar 90° por passo, enquanto os motores de maior precisão são capazes de girar 0.72° por passo. Dependendo do tipo do motor e com um controle apropriado, podem girar meio-passo (half-steps) e alguns controles podem trabalhar com pequenas frações de passos (micropassos).

Tipos de motor de passo
Para falar dos tipos de motores de passo precisamos antes de algumas definições:

**Rotor:** É o conjunto eixo-imã que gira na parte móvel do motor (núcleo). **Estator:** É a trave fixa acoplada à carcaça do motor, onde as bobinas são enroladas.


 * [[image:rotor.jpg]] || [[image:estator.jpg]] ||
 * Figura 2: Rotor || Figura 3: Estator ||

Veja aqui mais detalhes sobre a estrutura de construção de motores de passo.

Modo de operação
Quanto ao modo de operação, os motores podem ser bipolares ou unipolares.

** Unipolares: **
Os motores de passo unipolares são reconhecidos pela derivação central (center tape) em cada uma das bobinas. O número de fases é duas vezes o número de bobinas, uma vez que cada bobina se encontra dividida em duas. A figura 5 mostra uma representação de um motor de passo unipolar de 4 fases (1a, 2a, 1b e 2b). A fase 1a vai da derivação central até à extremidade a na bobina 1, e a fase 1b, da derivação central à extremidade b, nesta mesma bobina. As fases na bobina 2 são análogas à bobina 1.

Normalmente, a derivação central das bobinas é ligada ao positivo da fonte de alimentação e os extremos de cada bobina são ligados sequencialmente ao terra por um circuito apropriado (controlador mais driver), conforme o modo de acionamento adotado, para assim produzir o movimento de rotação contínuo numa direção. Um motor com o esquema mostrado na figura 5 teria seis fios, quatro para as bobinas e dois para as derivações, mas também são comuns motores onde as duas derivações são conectadas internamente, então externamente apresentam apenas cinco fios. Um diferencial para os motores unipolares é que os circuitos de acionamento são de construção muito mais simples e tem um custo muito menor do que os circuitos dos motores bipolares.



** Bipolares **
Os motores bipolares são constituídos por bobinas sem derivação central (figura 6). Então as bobinas devem ser energizadas de forma que a corrente flua na direção inversa a cada dois passos para permitir o movimento contínuo do rotor, ou seja, a polaridade deve ser invertida durante o funcionamento do motor.

Os motores de passo bipolares são conhecidos por sua excelente relação tamanho/torque: eles proporcionam um torque cerca de 40% maior em comparação a um motor unipolar do mesmo tamanho. Isto se deve ao fato de que quando se energiza uma fase, ambos os polos em que a fase (ou bobina) está instalada são magnetizados. Assim, o rotor sofre a ação de forças magnéticas de ambos os polos, ao invés de apenas um como acontece no motor unipolar. Externamente, um motor bipolar com duas bobinas como o mostrado na figura 6, apresentaria quatro fios.



Modos de acionamento de um motor de passo
O motor pode ser acionado de vários modos, dependendo do objetivo a ser alcançado.

** Modo passo completo (full-step) ou passo simples. **
Neste modo é energizada uma bobina de cada vez. É o modo de operação mais simples e mais econômico em termos de consumo de energia, mas também é o modo com menor torque (figura 7).



** Modo passo completo com alto torque **
Para conseguir mais torque, são energizadas duas bobinas de cada vez. O consumo de energia é o dobro do modo de passo simples (Figura 8).



** Modo meio passo (half-step) **
Este modo alterna os dois modos anteriores e permite um controle de posicionamento mais preciso, já que dobra o número de passos por volta. O consumo de energia é o meio termo entre os dois modos acima e o torque é um pouco menor que o modo de alto torque. Também é o modo com menor velocidade (a metade dos outros dois modos).



Identificação dos fios em um motor unipolar
Caso o motor de passo tenha sido comprado novo, provavelmente veio com um esquema e com os fios marcados por cores diferentes, permitindo uma rápida identificação dos fios. Mas se o motor foi obtido a partir de uma impressora sucateada, nesse caso é bem provável que nem tenha fios coloridos saindo diretamente dele, em geral os motores de impressora tem um conector e um cabo com fios da mesma cor conectado a ele (figura 10).



Os dois motores mostrados na figura 10 são bastante comuns em impressoras. Os dois são unipolares e têm duas bobinas, mas as derivações centrais das bobinas são conectadas internamente, portanto o cabo tem 5 fios: 4 para os polos das bobinas e um para a derivação (comum).

O primeiro passo é identificar o fio comum. Para isso vai ser necessário usar um multímetro ajustado para medir resistências. Uma bobina é basicamente um fio elétrico enrolado, portanto apresenta resistência elétrica entre os seus dois polos. O fio comum (derivação) parte da metade da bobina (figura 5), portanto se uma ponta do multímetro for colocada no fio comum e a outra ponta em um dos polos da bobina, a resistência medida será a metade da resistência medida entre dois polos da bobina.

Por exemplo, numeramos os fios de 1 a 5, em seguida colocamos uma ponta do multímetro no fio 1. A seguir anotamos a resistência medida entre o fio 1 e todos os outros. Suponha que os valores obtidos correspondam à tabela 5. A partir destes valores, podemos concluir que o fio 3 é o fio comum (derivação) deste motor.

Tabela 1: Exemplo de resistências medidas entre um fio do motor de passo e todos os outros.
 * , ** Fio 2 ** . || ** . Fio 3 ** . || . ** Fio 4 ** . || . ** Fio 5 ** . ||
 * 60 Ω || 30 Ω || 59 Ω || 60 Ω ||

Uma vez identificado o fio comum, é preciso determinar a sequência dos outros fios. Para isso vai ser necessário usar uma fonte de alimentação que forneça de 9 a 12 volts. Pode ser uma bateria de 9 volts ou a fonte utilizada nos testes. Conecte o polo positivo da fonte ao fio comum e escolha um dos outros fios como referência. Esta parte pode ser um tanto trabalhosa. Encoste o polo negativo da fonte no fio de referência, o motor deve dar um pequeno tranco e o eixo vai girar um pouco para ajustar o rotor ao polo da bobina correspondente ao fio. A seguir encoste o polo negativo nos outros 3 fios em sequência. Se a sequência estiver correta, o eixo vai girar sempre na mesma direção. Caso o eixo volte quando energizar um dos fios, é porque aquele fio está fora de sequência, nesse caso troque a ordem dos fios e tente novamente até que o eixo gire sempre na mesma direção. Um pedaço de fita adesiva colada ao eixo ajuda a ver melhor o movimento dele.

Determinação das características do motor de passo
Para garantir o bom funcionamento do dispositivo que está sendo construído, é importante conhecer as características técnicas do motor de passo. Infelizmente, os motores conseguidos em impressoras sucateadas trazem pouca ou nenhuma informação em sua carcaça. As características mais importantes para a execução deste projeto são as seguintes:

** Voltagem **
Precisamos saber qual a voltagem nominal do motor para providenciar a alimentação adequada. Motores de impressoras normalmente funcionam com 12 volts. Estão se o motor em questão foi retirado de uma impressora, 12 volts é um bom palpite. Para ter certeza, caso a impressora tenha uma fonte externa, verifique com um multímetro quantos volts a fonte fornece. Fontes de impressoras costumam ter três terminais de saída: o terra (0 v), +5v para alimentar os circuitos e +12v para alimentar os motores. Se for este o caso, então com certeza o motor funciona com 12 volts. Entretanto, um motor de 12 volts funcionará também com 9 ou 10 volts, mas apresentará uma redução de torque.

** Resistência das bobinas **
Esta característica é mais simples de descobrir, basta usar o multímetro e medir a resistência entre todos os fios. A menor resistência encontrada será a resistência entre um pólo da bobina e o fio comum.

** Consumo de corrente **
Para determinar o consumo de corrente, precisamos antes saber a voltagem e a resistência das bobinas. Depois basta aplicar a lei de Ohm: V=R x I. Por exemplo, se sabemos que a voltagem do motor é 12 volts e ele apresenta uma resistência entre o fio comum e os polos de 30Ω, então o consumo de corrente desse motor é de 12/30 que é igual a 0.4 A ou 400 mA. Importante notar que o modo de acionamento do motor influi no consumo de corrente. O valor calculado acima é válido para o modo de passo simples. Se for usado o modo de alto torque o consumo será o dobro.

** Passos por volta **
Conhecer a quantidade de passos para uma volta completa não faz diferença para o circuito elétrico se os pulsos forem gerados pelo software, mas a grande vantagem dos motores de passo em relação aos motores DC é justamente o controle de preciso de posicionamento, então para que o software consiga posicionar corretamente o motor, essa informação é essencial. Se o número de passos por volta não é conhecido, a única maneira de descobrir é testando. O programa sugerido na seção 5.1 pode facilmente ser modificado para gerar um número determinado de pulsos e parar, assim é possível determinar quantos passos são necessários para que o rotor do motor dê uma volta completa. = =